电子内窥镜的研究

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1、1绪论随着电子学和数字视频技术的发展，与80年代出现了电子内窥镜，这样便不再以光纤传像，而代之以光敏集成电路摄像系统，主要所能显示的不但影像质量好，光亮度强，而且图像大，可以检查出更细小的病变，而且电子内窥镜的外径更细，图像更加清晰和直观，操作方便。有些内窥镜甚至还有微型集成电路传感器，将所观察到的信息反馈给计算机。它不但能获得组织器官形态学的诊断信息，而且也能对组织器官各种生理机能进行测定。电子内窥镜主要种类及其优缺点：(1)按照结构分类：一类为CCD在探头前部，视频处理在探头后部，它的优点是探头直径可以很小，但缺点是长度会受到限制。另一类是CCD和视频处理都在探头前面，它

2、的优点是线缆的长度不受限制，可以按照客户要求定制，但缺点是探头头部直径过大，影响探头进入部件的有效工作范围。(2)按照照明方式分类：一类采用LED发光管照明，传输电信号，它的优点是线缆的长度不受限制，但发光亮度不如冷光源。另一类采用光纤照明，光源在控制箱内，它的优点是发光亮度高，但缺点是长度受限，易损易断。(3)按照视角方式分类：探头可分为前视和环视两种。前视：观察窗位于探头前方，视场角150°，调节CCD位移，实现电动调焦，可以观察前方有无异物或缺陷;环视：观察窗位于探头筒壁侧面，利用悬挂动圈方式实现电磁调焦，通过微型马达及滑环结构实现无角度限制任意旋转，可以观察内壁有无缺

3、陷。它们的优点是长度不受限制，但缺点是探头直径过大。现在，电子内窥镜的发展趋势是CCD的超小型化及其性能的提高，高保真图像技术的应用，实时高速图像处理机的开发，图像文件管理系统的采用，立体计测系统的开发及不可见光的利用。第12页共12页2系统工作原理2.1电子内窥镜的基本结构及工作原理2.1.1电子内窥镜的基本结构电子内窥镜的主要结构由CCD耦合腔镜、腔内冷光照明系统、视频处理系统、和显示打印系统等部分组成。CCD耦合腔镜将CCD耦合器件置于腔镜先端，直接对腔内组织或部位进行直接摄像，经电缆传输信号到图像中心。电子内窥镜工作原理是冷光源对所检查或手术部位照明后物镜将被测物体成

4、像在CCD光敏面上，CCD将光信号转换成电信号，由电缆传输至视频处理器，经处理还原后显示在监视器上。CCD光敏面由规律排列的二极管组成，每一个二极管称为一个像素(pictureelemont)，像素的多寡决定像质的优劣。目前的制作工艺普遍可达到30~41万像素。电子内窥镜靶面和有效尺寸为Fi(外径)=2mm左右，而且CCD输出信号的一级放大电路也要包含在2mm的圆柱体积内。电子内窥镜像质的好坏主要取决于CCD性能，其次还有驱动电路和后处理系统的技术指标，包括分辨率、灵敏度、信躁、光谱响应、暗电流、动态范围和图像滞后等。为了减轻患者的痛苦，电子内窥镜的镜身(插入部)要做到尽可能

5、的细(由先端部粗细决定)，先端硬性部要尽可能短。CCD的大小、形状和构造是决定内窥镜粗细和先端硬性部长短的关键。在电子内窥镜先端部安装CCD的方法有两种，一种是CCD的受光面垂直于物镜光轴方向，使CCD直接接受从物镜射来的光，是一种最简单的结构，在这种情况下，必须使用超小型的CCD，这样可使先端的硬性部最短。另一种就是CCD的受光面平行于物镜光轴，物镜射来的光通过一个900的转向棱镜照射到CCD受光面上。这种方法可以使内窥镜的先端部变细，但硬性部变长，而CCD的面积可以扩大，CCD的像素数可大大提高。第12页共12页为了获得更清晰、更精美的图像质量，目前的电子内窥镜逐渐趋向于

6、采用第二种方法安装CCD，这无疑在技术上增加了CCD的加工和工艺难度，随着电子内窥镜技术的不断改进和完善，高像素数CCD的体积会越做越小，满足于临床需要的各种细径电子内窥镜应运而生，几乎可涉及到医疗的各个领域。同时，一些具有大孔径或双孔道及抬钳等特殊装置的治疗用电子内窥镜的出现，再加上一系列配套辅助器械的研制与开发，为电子内窥镜在临床上的应用开辟了广阔的前景。目前，临床上的一些病症已可以通过内窥镜下或小切口治疗的方法代替传统的手术，大大减轻了患者的痛苦。2.1.2电子内窥镜系统工作原理（1）纤维内镜成像原理纤维内镜是由直角屋脊棱镜、成像物镜、玻璃纤维传像束、目镜所组成。当外界

7、的成像光线进入镜头时．直角屋脊棱镜将光线作90。方向扭转后直射至成像物镜、根据成像物镜(或成像透镜)的光学原理，成像物镜能将外界观察到的物体成像在玻璃纤维传像束的一个端面上。这个端面的物体像，经过柔软的纤维束传到纤维束的另一端，在目镜后适光位置．即可看到清晰的物体像。（2）光电转换原理内窥镜采用电荷耦合器件(chargecoupleddevice)作为图像传感器。CCD图像传感器具有光电转换功能，叉具有信号电荷存储、转移和读出功能。其工作过程可分为四步。第一步是光积分期，即曝光时间，这时CCD像元把入射