医用电子内窥镜:视光信号测量与传输

内窥镜的一般组成

对于目前常用内窥镜，其组成一般包括以下成分：

光学部分

1.硬式内窥镜：由透镜 、棱镜、反光镜等组成光学通路，将物镜所示的像成在目镜上，较新型设计为微小自聚焦内窥镜；

2.柔软式内窥镜/光学纤维内窥镜：传导方式为使用光纤，可以在一定程度上弯曲；

3.电子内窥镜：使用微型图像传感器（CCD/CMOS）将光信号转化为电信号，再由电缆等传输；

电子部分

常用于电子显微镜的图像处理部分，用作传感器与显示器的连接；也可用于在硬/软式内窥镜的目镜部分安置摄像头，将图像转换为易于观察的形式；

机械部分

对肠镜等内窥镜来说，对病灶的观察需要机械部分调整传感器的位置，以达成最佳的观察效果；对微创手术来说，机械部分包括核心的手术执行部分；

工作过程与其他附属部分

感光

透镜/微型图像传感器感受光线，将光/电信号发送给传输通路。

传输

光通道/光纤/电缆将信号传输给显示系统。

调整

医生根据传输回的图像具体状况，实时调整感光设备位置。

成像

针对最后传输回的图像，进行诊断等操作。

特别的！

由于体内长期处于无光状态，针对可视光信号的检测常常需要外加光源；对于光纤这类全反射原理传光的光线传输系统来说，光学结构有特定的要求，要对光源位置进行一定的设计；

内窥镜在微创手术中有不可替代的作用，由于其在物理层面上直达病灶，因此可以在内窥镜上配置直接作用于病灶的给药装置，或通过内窥镜在微创下对体内进行切除、缝合等手术操作；

设计与应用

实例一：胶囊式内窥镜

将成像元件、光源、CPU、发射装置等集成于胶囊型透明外壳内，在患者吞服胶囊过程后即可记录其在肠道中所记录的影像，然后由发射装置通过无线电信号传输到显示器中来诊断患者肠道是否有肿瘤或其他问题。在发展上可将胶囊中成像元件设计成旋转型，可以最大限度全面拍摄消化道；通过穿戴嵌有线圈的背心，可以产生磁场，以控制胶囊移动，在此基础上可以加入给药装置进行无创药物治疗；

实例二：内窥镜手术

在腹腔镜、胸腔镜等内窥镜的帮助下，医生通过微小的创口介入人体并实施手术，造成创口小、恢复快、出血少。可对鼻、胃、肠、气管、脊椎等位置进行肿瘤的切除或神经的连接等手术操作。发展上基于图像模板匹配和边缘检测等图像处理，在手术过程中实时标注手术器械与肿瘤位置，方便手术过程；联合显微镜的使用，在脊椎等位置进行极微小创口的手术；

系统评价

优点

提供了新的诊断工具；

提供了新的物理接触患病位置的工具；

使医生对病灶的观察无需大创口；

是微创手术的必要仪器；

缺点

对无自然通道的部位缺乏观察力；

可操作性不够好；

与先进的图像处理算法结合程度低；

手术视野狭窄，对医生要求高；

发展要点

微型化：由于新材料、新技术的使用，光学传感器与光纤进一步缩小，使内窥镜更加微型化成为可能，使接触边界扩展到各类腺体等更微小的结构中

操作性：无论是连接体外的内窥镜还是胶囊内窥镜，都会受人体肌肉影响，操作性降低，而新的微型电机与运动算法将使内窥镜的操作更简便

智能化：通过大数据统计与新算法的应用，可以尝试加强对内窥镜所成像的分析，丰富内窥镜功能