一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種小切口深部手術(shù)圖像的裝置，尤其是涉及一種獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，包括殼體、LED顯示器、鍵盤、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)和圖像處理單元，其中所述照明系統(tǒng)包括光源組件，所述光源組件設(shè)有一冷光源接口，該冷光源接口上裝有多根導(dǎo)光束，每根所述導(dǎo)光束均獨立設(shè)置于一根可定型蛇形管內(nèi)；所述攝像系統(tǒng)包括一個由可定型蛇形管固定在所述殼體上的高清CMOS微型攝像頭，所述微型攝像頭通過導(dǎo)線與所述圖像處理單元連接；所述圖像處理單元用于對所述攝像系統(tǒng)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色校正、對比度增強(qiáng)、白平衡、測光模式及輪廓強(qiáng)調(diào)處理，最終通過所述LED顯示器顯示出來。
【專利說明】一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種小切口深部手術(shù)圖像的獲取方法和裝置，尤其是涉及一種獲 取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著醫(yī)療科技的不斷發(fā)展，在目前的開放性以及小切口、微創(chuàng)手術(shù)中技術(shù)已經(jīng)開 展普及在腹腔、胸腔等各個科室。以往的設(shè)備例如無影燈照明和攝像則無法進(jìn)行手術(shù)照明 和攝像，所以在小切口手術(shù)時醫(yī)生只能選用手術(shù)頭燈和頭燈攝像。
[0003] 近年來，對手術(shù)頭燈和頭燈攝像的研發(fā)也在不斷更新，方向主要集中在減輕手術(shù) 頭燈的重量，增加手術(shù)頭燈攝像的清晰度，以此讓手術(shù)醫(yī)生更加舒適的進(jìn)行小切口手術(shù)的 深部照明和攝像。但是手術(shù)大夫頭上的裝備無論如何輕，手術(shù)時間超過一個小時后，大夫的 不適感將會逐漸增加，包括手術(shù)頭燈的光熱量對于額頭的影響也會隨著時間越來越大。
[0004] 同時，隨著微型CXD攝像機(jī)的引入，越來越多的醫(yī)生青睞于此，但微型CXD攝像機(jī) 的問題也逐漸暴露，一是微型攝像傳感器敏感度不夠，在很多腔體手術(shù)中呈現(xiàn)到顯示屏上 的圖像亮度不足，陰影現(xiàn)象明顯。二是在組織和血管上的區(qū)別不夠細(xì)膩，主要是顯示色彩和 實際色彩存在差異，在很多關(guān)鍵部分的手術(shù)上給醫(yī)生造成很大的壓力。
[0005] 在當(dāng)前小切口微創(chuàng)技術(shù)開展普及的同時，現(xiàn)有手術(shù)頭燈和頭燈攝像存在以下問 題：
[0006] 第一.攝像距離遠(yuǎn)，從而清晰度成為頭燈攝像的硬傷，并且在使用手術(shù)頭燈進(jìn)行 深部照明時，離得太遠(yuǎn)會亮度不足，離得太近會造成手術(shù)大夫頭部不適及無法達(dá)到無影的 效果；大夫在手術(shù)時的頭部晃動會造成錄制的視頻的晃動，需要后期的編輯，錄制下來的視 頻無法同步進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸及遠(yuǎn)程會診。
[0007] 第二.盡管微型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的圖像清晰度、對比度相對常規(guī)電子內(nèi)窺鏡系統(tǒng)都得 到了長足的進(jìn)步，可以發(fā)現(xiàn)形態(tài)或顏色發(fā)生明顯改變的病灶，但是對于消化道微小的、扁平 的早期病變及異型增生則不易診斷，甚至常常導(dǎo)致漏診，以及血管和表皮的混淆。
[0008] 第三.高清數(shù)字視頻技術(shù)在微創(chuàng)手術(shù)中特別是腔體手術(shù)，呈現(xiàn)的圖像光線不足， 陰影現(xiàn)象明顯。這一現(xiàn)象必須通過在腔體范圍內(nèi)提供足夠亮度的光源得以解決，然而在 GB7906. 19-2000中明確規(guī)定，冷光源在體內(nèi)組織上的照射溫度不得高于41°C，所以如何在 執(zhí)行國標(biāo)的同時提1?光源的殼度目如的解決方案還不明確。
[0009] 第四，我國是一個幅員廣闊的國家，醫(yī)療水平有明顯的區(qū)域性差別，特別是廣大農(nóng) 村和邊遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療技術(shù)相對較差。優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源集中在省級及地市級醫(yī)院，基層群眾必須 前往省級及地市級醫(yī)院才能享受專家的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療服務(wù)。在十二五計劃中，國家重點突出了 將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，實現(xiàn)遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等功能，用于加強(qiáng)兩極醫(yī)療資源的融 合。故對于攝像醫(yī)療設(shè)備來說，遠(yuǎn)程功能特別是無線遠(yuǎn)程傳輸功能將逐漸成為一種重要發(fā) 展趨勢。
[0010] 綜上所述，本領(lǐng)域人員急需一種能獲得完全滿足于小切口深部手術(shù)要求的高質(zhì)量 圖像資料的方法及裝置，以實現(xiàn)小切口深部手術(shù)的創(chuàng)新。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型的目的是提供一種用于獲取小切口深部 手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，以解決現(xiàn)有手術(shù)頭燈和頭燈攝像存在的技術(shù)問題，以適應(yīng)當(dāng)前 在醫(yī)療領(lǐng)域高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)法。
[0012] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的 裝置，包括殼體、LED顯示器、鍵盤、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)和圖像處理單元，其中所述照明系統(tǒng) 包括光源組件，所述光源組件設(shè)有一冷光源接口，該冷光源接口上裝有多根導(dǎo)光束，每根所 述導(dǎo)光束均獨立設(shè)置于一根可定型蛇形管內(nèi)；
[0013] 所述攝像系統(tǒng)包括一個由可定型蛇形管固定在所述殼體上的高清CMOS微型攝像 頭，所述微型攝像頭通過導(dǎo)線與所述圖像處理單元連接；
[0014] 所述圖像處理單元用于對所述攝像系統(tǒng)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色校正、對比度 增強(qiáng)、白平衡、測光模式及輪廓強(qiáng)調(diào)處理，最終通過所述LED顯示器顯示出來。所述圖像處 理單元優(yōu)選方案為基于多DSP的在線可重構(gòu)數(shù)字圖像并行處理系統(tǒng)。
[0015] 所述照明系統(tǒng)采用大功率LED作為光源，配合恒流源驅(qū)動電路和聚光模組，將該 光源的光通量提高到1000流明以上，再通過多根導(dǎo)光束將該高亮度光源分流到多個支路 上，最后照射到患者腔內(nèi)組織上；多根導(dǎo)光束的設(shè)計一方面是模擬無影燈效果，在腔體內(nèi)產(chǎn) 生接近無影的效果，另一方面通過單根導(dǎo)光束輸出的光源照度在腔內(nèi)組織上的溫度遠(yuǎn)小于 41度，以滿足GB7906. 19-2000的規(guī)定。
[0016] 優(yōu)選的，所述光源組件包括聚光模組，所述聚光模組包括四塊凸透鏡片、一塊紅外 濾光鏡片、精密隔圈、聚光模組外殼和后蓋，所述四塊凸透鏡片用于將LED的散光聚合成密 集的強(qiáng)光束，并通過所述紅外濾光鏡片濾除其中的紅外波長；所述四塊凸透鏡片之間均設(shè) 有一精密隔圈；所述聚光模組外殼與后蓋采用螺紋連接，將所述精密隔圈和凸透鏡片固定 在內(nèi)腔中；在所述后蓋的相切面上有直通的螺紋孔，連接緊固后用頂緊螺絲將整個聚光模 組加固成一體。
[0017] 進(jìn)一步的，所述精密隔圈采用鋁合金材料制成，其表面均鍍有反光層。
[0018] 進(jìn)一步的，所述聚光模組外殼、后蓋以及四個精密隔圈均采用4044鋁合金材料制 成。
[0019] 優(yōu)選的，所述裝置還包括無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，該通訊模塊與所述圖像處理單元輸 出端連接，用于將所述圖像處理單元輸出的圖像信號通過無線網(wǎng)絡(luò)向云端服務(wù)器傳輸圖像 數(shù)據(jù)。
[0020] 有益效果：
[0021] 1、首先在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，避免了醫(yī)生佩戴頭燈和頭燈攝像的種種弊端。通過便 攜式結(jié)構(gòu)設(shè)計，所有配件均可以進(jìn)行快速接插件連接。攝像部分采用微型高清COMS傳感 器，可輕易深入切口內(nèi)部；同時根據(jù)光學(xué)原理設(shè)計非標(biāo)的專用導(dǎo)光束以及附屬設(shè)備，用來保 證光照的均勻性，基本實現(xiàn)了腔內(nèi)的全方位照明，達(dá)到了腔內(nèi)無影的效果。攝像臂以及光源 臂均可自由調(diào)整，使用靈活、固定牢靠。
[0022] 2、攝像處理部分采用高清圖像處理加強(qiáng)算法及多種優(yōu)化技術(shù)。通過圖像數(shù)據(jù)的采 集，圖像的重建（去馬賽克），運用典型圖像處理算法（顏色校正、白平衡、輪廓強(qiáng)調(diào)、測光模 式、對比度增強(qiáng)）與OtSU法血管識別算法，動態(tài)多光譜技術(shù)相結(jié)合、增強(qiáng)細(xì)微血管與周圍組 織對比度效果；
[0023] 3、采用大功率恒流源技術(shù)代替以往的恒壓源控制，并加入PID閉環(huán)反饋實現(xiàn)冷光 源LED的輸出穩(wěn)定，同時加載聚光模組，減小散光引起的光熱轉(zhuǎn)換，避免組件閉環(huán)內(nèi)的溫漂 差異，提高整體輸出光通量。
[0024] 4、集成錄制、WIFI、3G模塊端口，在錄制的同時可同步匹配現(xiàn)有的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)視?？梢詫︵l(xiāng)鎮(zhèn)村在操作手術(shù)的過程中進(jìn)行同步指導(dǎo)以及保 存視頻用于術(shù)后研討學(xué)習(xí)交流使用，使鄉(xiāng)鎮(zhèn)村衛(wèi)生院在實踐中不斷積累正確的經(jīng)驗，實現(xiàn) 單獨正確操作手術(shù)治療重癥患者的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
[0026] 圖1為本實用新型的立體視圖，
[0027] 圖2為本實用新型光源組件示意圖，
[0028] 圖3為聚光模組結(jié)構(gòu)圖，
[0029] 圖4為聚光光路圖，
[0030] 圖5為PID閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制框圖，
[0031] 圖6為YUV顏色校正算法流程圖，
[0032] 圖7為本實用新型各單元功能示意圖。
[0033] 圖中：1視頻輸入接口；2攝像組件；3可定型蛇形管；4高清CMOS微型攝像頭；5冷 光源接口；6導(dǎo)光束；7光源組件；8、10、14、17凸透鏡片；9、11、13、16為精密隔圈；12紅外 濾光鏡片；15聚光模組外殼；18頂緊螺絲；19后蓋；20導(dǎo)光束接口；21亮度值顯示界面；22 鍵盤；23LED顯示器；24WIFI模塊接口；2OTVI接口；26電源接口；27電源開關(guān)。

【具體實施方式】
[0034] 參見圖7,如圖所示，一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，包括殼 體、LED顯示器23、鍵盤22、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)和圖像處理單元。26為12V電源接口，27為 電源開關(guān)，24為WIFI模塊接口；25為DVI接口，21為亮度值顯示界面。殼體右前方接口左 側(cè)為視頻輸入接口 1，可匹配攝像組件2進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)采集。
[0035] 照明系統(tǒng)包括光源組件7,照明系統(tǒng)包括光源組件7,光源組件7在所述殼體上設(shè) 有一冷光源接口 5,該冷光源接口 5連接有多根非標(biāo)專用導(dǎo)光束6,導(dǎo)光束6以樹狀結(jié)構(gòu)分 布，每根導(dǎo)光束6均獨立設(shè)置于一根可定型蛇形管內(nèi)；目前圖中給出的結(jié)構(gòu)為一分四結(jié)構(gòu)。 導(dǎo)光束6采用二重構(gòu)造，纖芯采用具有高透光性能的特殊光學(xué)玻璃，外側(cè)的包層采用的是 抗風(fēng)化性能強(qiáng)的玻璃。
[0036] 由上可知，本產(chǎn)品的攝像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)均可自由活動和固定，與醫(yī)生、患者均不 接觸，使醫(yī)生在診療時更加靈活。
[0037] 攝像系統(tǒng)包括一個由可定型蛇形管固定在殼體上的高清CMOS微型攝像頭4 (下稱 微型攝像頭4)，微型攝像頭4通過導(dǎo)線與圖像處理單元連接；采用高清CMOS微型攝像頭4， 比同類CCD攝像傳感器的光敏感度要強(qiáng)，在相同光線的情況下亮度要高達(dá)2倍以上，同時可 定型蛇形管3可將攝像，微型攝像頭4在空間范圍內(nèi)定型。
[0038] 圖像處理單元用于對微型攝像頭4拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色校正、對比度增 強(qiáng)、白平衡、測光模式及輪廓強(qiáng)調(diào)處理，最終通過LED顯示器23顯示出來。圖像處理單元優(yōu) 選方案為基于多DSP的在線可重構(gòu)數(shù)字圖像并行處理系統(tǒng)。圖像處理單元包括單片機(jī)系統(tǒng) 和多個工業(yè)級GPU，由GPU和單片機(jī)系統(tǒng)協(xié)同工作來處理圖像處理的各個工作任務(wù)，單片機(jī) 系統(tǒng)和各GPU均采用現(xiàn)有技術(shù)，但對顏色校正算法進(jìn)行了優(yōu)化，在后面會詳細(xì)敘述。
[0039] 用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，還包括無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊（如藍(lán) 牙模塊、wifi模塊、2G/3G通訊模塊），用于將圖像處理單元輸出的圖像信號，本實施例采用 wifi模塊，通過WIFI模塊接口 24連接無線網(wǎng)絡(luò)，向云端服務(wù)器傳輸圖像數(shù)據(jù)。
[0040] 在光源性能上，光源組件7由內(nèi)部采用大功率LED，以往的恒壓源驅(qū)動方案不能保 證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性和壽命，因此我們采用恒流源驅(qū)動，為了避免 使用純硬件恒流下的元器件精度偏差造成的亮度偏差，加入基于DSP采用PID算法形成閉 環(huán)反饋，保證了 LED的光照強(qiáng)度和輸出精度。同時，加入人機(jī)交互界面4和控制按鍵3,可根 據(jù)不同腔體環(huán)境和對象進(jìn)行亮度的調(diào)整。
[0041] 參看圖5,為本PID反饋控制的系統(tǒng)控制框圖，I為給定的電流數(shù)值量，i為實際的 電流信號，通過DSP芯片AD端口通過采樣得到的實際電流數(shù)值量IA，EI為設(shè)定值和實際值 的偏差值，通過PID對反饋控制系統(tǒng)的偏差值進(jìn)行運算，因為采樣周期非常短，用求和代替 積分，差商代替微商，使PID算法尚散化，從而由微分方程變成差分方程。
[0042] PID算法控制子程序為：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，其特征在于：包括殼體、LED顯 示器、鍵盤、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)和圖像處理單元，其中所述照明系統(tǒng)包括光源組件，所述光 源組件設(shè)有一冷光源接口，該冷光源接口上裝有多根導(dǎo)光束，每根所述導(dǎo)光束均獨立設(shè)置 于一根可定型蛇形管內(nèi)； 所述攝像系統(tǒng)包括一個由可定型蛇形管固定在所述殼體上的高清CMOS微型攝像頭， 所述微型攝像頭通過導(dǎo)線與所述圖像處理單元連接； 所述圖像處理單元用于對所述攝像系統(tǒng)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顏色校正、對比度增 強(qiáng)、白平衡、測光模式及輪廓強(qiáng)調(diào)處理，最終通過所述LED顯示器顯示出來。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，其特征 在于：所述光源組件包括聚光模組，所述聚光模組包括四塊凸透鏡片、一塊紅外濾光鏡片、 精密隔圈、聚光模組外殼和后蓋，所述四塊凸透鏡片用于將LED的散光聚合成密集的強(qiáng)光 束，并通過所述紅外濾光鏡片濾除其中的紅外波長；所述四塊凸透鏡片之間均設(shè)有一精密 隔圈；所述聚光模組外殼與后蓋采用螺紋連接，將所述精密隔圈和凸透鏡片固定在內(nèi)腔中； 在所述后蓋的相切面上有直通的螺紋孔，連接緊固后用頂緊螺絲將整個聚光模組加固成一 體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，其特征在 于：所述精密隔圈采用鋁合金材料制成，其表面均鍍有反光層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置，其特 征在于：所述聚光模組外殼、后蓋以及四個精密隔圈均采用4044鋁合金材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述一種用于獲取小切口深部手術(shù)中高質(zhì)量圖像的裝置， 其特征在于：所述裝置還包括無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，該通訊模塊與所述圖像處理單元輸出端 連接，用于將所述圖像處理單元輸出的圖像信號通過無線網(wǎng)絡(luò)向云端服務(wù)器傳輸圖像數(shù) 據(jù)。
【文檔編號】A61B1/313GK204091941SQ201420587513
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月12日
【發(fā)明者】傅強(qiáng), 沈愛宗, 葛建軍, 曾國華, 龍萍, 馬骙 申請人:合肥德銘電子有限公司