发明内容
本发明设计的适用于内镜的早期癌症可疑病灶检查装置由激发光传送光纤、双光切换照明器、视频分离器、白光图像处理器、荧光图像处理器、图像压缩器、图像显示器、图像与照明同步器组合而成。其结构图如图1所示,图中,激发光传送光纤(1)、双光切换照明器(2)、视频分离器(3)、白光图像处理器(4)、荧光图像处理器(5)、图像压缩器(6)、显示器(7)、图像与照明同步器(8)经连接所组成。其中,激发光传送光纤(1)的输入端连接到双光切换照明器(2)中的蓝紫光光源输出口上,输出端插入内窥镜钳道孔内,为内窥镜提供蓝紫光的照明。双光切换照明器(2)中白光光源输出口连接在内窥镜的导光的光纤束的输入口上,为内窥镜提供白光照明。二套光源各有一个电动快门可在图像与照明同步器(8控制下作各种不同方式的切换照明。视频分离器(3)的输入端连接在内窥镜的图像通道上,直接将内窥镜中切换照明的混合的视频在图像与照明同步器(8)控制下分离为白光照明视频和蓝紫光照明的视频。从图像分离器(3)输出的白光照明视频进入白光图像处理器(4)作偏色纠正和轮廓强化处理后成为清晰高的真彩色图像的视频送入图像压缩器(6);从视频分离器(3)输出的蓝紫光照明视频进入荧光图像处理器(5)采用专门模块来执行图像分解,点对点运算和处理生成荧光伪彩色图像的视频送至图像压缩器(6)。在图像压缩器(6)里分别对送来的真彩色图像的视频和荧光伪彩色图像的视频进行压缩,最后送至显示器(7)的指定窗口中进行显示。显示器(7)的屏幕上分别在屏幕左右二处各开设一个大小一样的窗口显示图像视频,左面窗口显示白光照明的真彩色图像的视频,右面窗口显示蓝紫光照明的荧光伪彩色图像的视频,屏幕显示视频图像方式还受图像与照明同步器(8)的控制。图像与照明同步器(8)除了同步控制视频分离与照明切换外还具有二个功能开关来管控装置的工作模式。其中,一个是白光连续照明工作模式开关,在这模式下双光切换照明器(2)只有白光照明输出,视频分离器(3)只有白光照明视频送出,显示器(7)只显示白光照明下真彩色图像的视频;另一个是双光切换照明工作模式开关,它的工作过程是双光切换照明器(2)以切换照的方式输出二种光源到内窥镜中,视频分离器(3)将内镜输出双光切换照明下的混合视频进行同步分离,并分别送出二个视频到各自相关部件进行图像处理,最后在显示器(7)中进行二个视频的双窗口显示。
本发明的工作如下:
本发明的工作方式是根据图像与照明同步器(8)中功能开关k1、、K2、的设置与继电器J1、J2多组开关组合控制双光切换照明器(2)和视频分离器(3)的输出,可以作白光连续照明工作模式和双光切换照明工作模式的选择。
双光切换照明工作模式:图像与照明同步器(8)中置位在K1关、K2开的状态时,在图4中的继电器J1不工作、J2工作,这是有J21、J22通,J★ 23不通,而J24、J★ 12通(在图3)。图像与照明同步器(8)中的同步脉冲(28)被分别输出到双光照明器(2)中两光路中的电动快门驱动器(14)、(18)中驱动快门动作,驱动蓝紫光的电动快门的脉冲是经过倒相器(31)进行一次倒相,这样会使输到白光电动快门驱动器(14)脉冲是高电平时,输到蓝紫光的电动快门驱动器(18)则是低电平,迫使两个电动快门(13)和(17)的动作是相互交替的,在这些电动快门作用下白光和蓝紫光的输出也是交替的。与此同时,图像与照明同步器(8)中的相互倒置脉冲分别经图4中的脉冲整形器(32)、(33)将脉冲幅度变为5V输到视频分离器(3)中相关的通道的电子开关(21)和(22)上,没有经过倒相的5V同步脉冲输到电子开关(21)的M控制极,倒相后的输到电子开关(22)的N控制极上,这样就能把切换照明的混合视频同步地分离出来,在混合视频中白光照明图像走电子开关(21)的通道,把分离前的混合图像中白光的1、3、5……奇数幅图像走了出来,经过图像整形器(23)输出为只有奇数幅图像没有偶数幅图像所组成的白光照明视频;在混合视频中蓝紫光光照明图像走电子开关(22)的通道,把分离前的混合图像中蓝紫光照明的2、4、6……偶数幅图像走了出来,经过图像整形器(24)输出为只有偶数幅图像没有奇数幅图像组成的蓝紫光照明视频。这样输出的每种光源照明的视频都存在一幅有信号图像后会跟着一幅没有信号的图像,形成一种图像忽明忽暗的视频输出形式,很不正常,会给后面的图像处理带来不少麻烦。为了改善分离后视频不正常的输出,在视频分离器(3)中分别将每种分离出来的光源照明不正常视频分为二路,一路分别经过各自的图像延迟器(25)、(26)进行延迟,延迟时间设置为一幅图像的周期时间,另一路却不经过延迟,然后将这二路视频分别输入到各自的图像复合器(27)、(28)进行复合,复合后就能将视频中有信号的图像正好补缺到没有延迟的视频的无信号的图像上,使复合后的输出的视频都变为正常的视频输出模式。然后,白光照明视频送入白光图像处理器(4)进行色纠正和轮廓强调的处理后形成高分辨清晰真彩色图像的视频,再经图像压缩(6)压缩后显示在显示器(7)的左面窗口上;蓝紫光照明视频却进入荧光图像处理器(5)进行颜色分解,不同颜色图像点对点运算、比对、加权得到差异,根据差异信息大小转化为相应的伪彩色生成荧光伪彩色图像的视频进入压缩器(6)进行压缩,显示在显示器(7)的屏幕右边的窗口上。在双光切换照明工作的模式下继电器的J24、J★ 11的开关在这里是通的,使图像延迟器(25)在这工作模式中起作用,而在白光工作模式中继电器中这两个J24、J★ 11的开关为关闭状态,在白光连续照明模式下图像延迟器(25)不参与工作来满足白光连续照明工作模式的需要。
白光连续照明工作模式:图像与照明同步器(8)中制位在K1开、K2关的状态时,在图4中继电器J1工作、J2不工作,这是有J21、J22不通J★ 23通;J24、J★ 11不通(在图3)。图像与照明同步器(8)中同步脉冲(29)输出被阻搁,12V直流电源(30)的信号通过J★ 23到达双光切换照明器(3)的电动快门(13)的电动快门驱动器(14)中,打开快门通过白光,而12V信号经过脉冲整形器(33)后变为5V电平输送到视频分离器(3)的电子开关(21)的控制极M上,使分离通道打开。而电子开关(22)关控制极N上控制信号为零被关闭,只有白光照明图像通过分离通道,分离出来的图像组成白光连续照明的视频,是正常视频输出格式,不需要通过视频分离器(3)中的图像延迟器(25)来产生延迟的图像对分离视频中的缺损图像进行修补,而图3中J24、J★ 11不通,就是阻隔图像延迟器(24)的参与延迟过程,这样由图像复合器(27)输出仍是连续的白光连续照明的视频,再经白光图像处理(4)处理后送入图像压缩器(6),最后在显示器(7)的屏幕中一个窗口进行显示。这种工作模式就是相当原有内窥镜的普通检查功能模式。
本发明有益效果是,通过双光照明切换,视频同步分离,分离后二种光源的视频图像经过图像处理后在显示器中进行同屏显示。在显示视频中通过真彩色图像的观察能看清病灶组织形态特征;在视频显示中的通过荧光伪彩色图像(荧光伪彩色图像是由荧光图像处理器处理后生成得到的,在生成时癌变组织被红的伪彩色所标出,正常组织却显现为绿的彩色)的观察,根据图像颜色的差异就能明确癌变存在的部位和范围,很直观和快捷作出准确的诊断和精确指示活检。
具体实施方式:
下面就将本发明具体实施方式进行介绍。
本发明的装置能适配所有医用内窥镜。
激发光传送光纤(1)在本发明中采用内窥镜钳道孔导入到体内,激发光传送光纤(1)用能够传送蓝紫光的材料石英制成,芯径为60um-400um,外有高强度防折断的PVC塑料套管保护,塑料外套管外围直径不大于2mm,确保所有的内窥镜中的最小尺寸钳道孔口都能使用,光纤长度因不同内窥镜而不同,长度选定的原则光纤插入内窥镜后外露1500mm。激发光传送光纤(1)一端在塑料护管外配套一个不锈钢金属套筒,金属套筒尺寸为Φ10mm×30mm,金属套筒紧插在双光切换照明器(2)中的蓝紫光的输出端口(20)上。光纤另一端进行特殊处理,或打毛使光输出为漫散形式,来增加光的照明范围;或在光纤端口上胶上光发散的微镜头,来增加光照明角度,能够在大范围内进行照明,以利图像观察。
本发明的激发光传送光纤(1)在于奥林巴斯上消化道内窥镜使用时,光纤芯径选定为200um,光纤长度选定为3000mm。
双光切换照明器(2)中白光光源(9)采用300W球状氙灯,放在球面反射罩(10)的焦点中,提高光源输出效率,然后使用焦距为40mm非球面的聚光镜(12)将这光源聚焦到白光输出端口(15)上。在聚光镜(12)与白光输出口(15)之间放置一个电动快门(13),电动快门通光口径不小于20mm,并且放置在尽量靠近白光输出端口(15)的地方,电动快门(13)与电动快门驱动器(14)连接上。300W氙灯点燃后温度是非常高的,为了减少光输出的热量,在光的照明中把球形反射罩(10)镀的反光膜是透红外的,来减少红外线的反射;而且还在聚光镜(12)前放置隔热玻璃(11)来阻挡红外线通过,使其输出满足内窥镜冷光照明的要求。双光切换照明器(2)中的蓝紫光光源(16)可在350nm-440nm光谱波段中选取,本发明采用375nm的半导体激光器作为蓝紫光光源,375nm半导体激光器功率不小于150mW,因半导体激光的输出光斑是矩形条状的,必须采用短焦距非球面透镜才能高效地将这样一种激光输出耦合到光纤中,为此蓝紫光聚光镜(19)选用焦距为6mm,Φ5mm的非球面透镜,光的耦合效率能达到80-90%,蓝紫光聚光镜(19)与蓝紫光输出端口(20)安装在一起来调整激光的聚焦点严格与光纤输入端重合。电动快门(17)安装在蓝紫光光源(16)与蓝紫光聚光镜(19)之间,并连接上电动快门驱动器(18)。由于激光准直性好,光束不大,电动快门通光口径可以用得很小,一般在8mm-10mm之间。双光切换照明器(2)中的二个电动快门都能受图像与照明同步器(8)的控制,输出合适需要的光源。
作为一种变换,双光切换照明器(2)中蓝紫光光源(16)还可以由350nm-440nm波段里的其它激光器如405nm激光器、355nm激光器等代替,也可以采用在这350nm-440nm波段中出光的LED光源,或者采用装有蓝紫光滤色片的汞灯、氙灯。
作为一种变换,双光切换照明器(2)中的电动快门(13)、(17)可以用步进电机或伺服电机带动一个挡光扇板在一定角度来回摆动来代替。
图像分离器(3)的作用是将内窥镜输出的在双光切换照明下所得到白光照明与蓝紫光照明相间的混合图像组成的视频,分离为纯白光照明的视频和纯蓝紫光照明的视频。它是用图3结构图中的相关功能部件的电子集成电路连接而成。图像分离器(3)在图像与照明同步器(8)同步信号控制下,使内窥镜送来的的奇数幅为白光照明图像和偶数幅为蓝紫光照明图像组成的混合视频走不同通道输出,其中白光照明(奇数幅)图像走出电子开关(21)的通道后经图像整型器(23)输出;蓝紫光照明(偶数幅)图像走出电子开关(22)的通道后经图像整型器(24)输出,视频就被同步分离了,但是在这种分离后输出中,白光照明的视频里只有夺数幅没有偶数幅的图像,蓝紫光照明的视频里只有偶数幅没有奇数幅的图像,都是表现为一种图像忽明忽暗的输出的视频,不是视频正常输出模式。为了改善这种视频输出模式,在视频分离器(3)中将分离后的非正常视频输出模式的白光照明视频分成二路,一路经过图像延迟器(25)进行延迟一幅图像周期时间,然后再跟另一路没有经过延迟的视频在图像复合器(27)进行复合,复合后就会将视频中有信号的图像补缺到没有延迟的无信号的图像上,变为在视频中每幅都有图像信号的正常视频输出模式。同样在图像分离器(3)中也将分离后非正常视频输出的蓝紫光照明视频分为二路,一路在图像延迟器(26)进行延迟,然后将延迟后的视频跟另一路没有经过延迟的视频在图像复合器(28)的进行复合,也同样会将非正常输出的蓝紫光照明的视频为正常的视频输出的模式。
白光图像处理器(4)采用奥林巴斯图像VC-185图像处理器来对白光图像进行白平衡调节的图像色偏纠正,及图像轮廓强调来改善图像的清晰度,输出清晰度高的真彩色图像的视频。
荧光图像处理器(5)的作用是将输入的蓝紫光照明的视频的图像进行颜色分解,将分解得到的红彩色图像与绿彩色图像进行像素点对点的运算,然后跟组织发光机制中的病理特征进行对比和加权,从中找到差异,并根据差异大小转化为相应的伪彩色像点,生成能指示早期癌症可疑病灶存在的荧光伪彩色图像的视频。本发明是采用上海盛莹光电科技有限公司的SY-1404视频图像处理模块作蓝紫光图像的处理。
作为一种变换,荧光图像处理器(5)还可以用具有视频图像颜色分解和图像像素点对点运算和对比功能的其它视频图像处理模块所代替。
图像压缩器(6)是在电脑中采用软件MPEG-4压缩引擎分别对来自白光图像处理器(4)传来的真彩色的图像的视频及来自蓝紫光图像处理器(5)传来的荧光伪彩色的图像的视频进行压缩。压缩后输到显示器(7)各自指定窗口进行显示。
显示器(7)中设置二个固定窗口,分别显示不同的视频。显示器(7)能受图像与照明同步器(8)控制,作不同方式的视频显示,显示器(7)的屏幕为电脑采用的19寸-26寸的16∶9的显示屏幕。
图像与照明同步器(8)它是由同步脉冲发生器(29)、12V直流电源(30)、脉冲倒相器(31)、二个功能开关K1、K2和继电器J1、J2所组成。其中同步脉冲发生器(29)是用能产生方波脉冲的集成电路来制作,为了保证光源照明切换于视频中图像输出的同步,方波的脉冲宽度要经过精确的调整,本发明是根据在我国使用的内窥镜视频输出的PAL视频式制把方波脉宽调整为40ms,40ms正是PAL视频制式下一幅图像的周期时间。2V直流电源(30)采用1A开关电源。脉冲倒相器(31)使用数字集成块的与非门电路制作。K1、K2采用1×1单刀单掷电子开关。J1采用1×2(一刀双向开关)的12V继电器,J2采甩4×2(4刀双向开关)的12V继电器,其中继电器J的下脚标第1位数字表示第几个继电器,下脚标第2位数字表示继电器的第几刀开关。继电器J的上脚标即表示继电器的的开关状态,上脚标无★符号表示的继电器,其开关触点接在常开上(相当于继电器不工作时开关是不通的),如图中的J21、J22、J24的表示;上脚标为★符号的继电器,其开关触点接在常闭合上(相当于继电器不工作时开关是通的),如图中的J★ 11、J★ 23的表示。以上这些器件按其所在图示中连接方式连接就能实现图像与照明同步及不同光源切换工作模式的控制。
双光切换照明工作模式:
图像与照明同步器(8)中制位在K1关、K2开的状态时,在图4中继电器J1不工作、J2工作,这是有J21、J22通,J★ 23不通,而J24、J★ 12通(在图3)。图像与照明同步器(8)中同步脉冲(28)被分别输出到双光照明器(2)中两光路中的电动快门驱动器(14)、(18)中驱动快门动作,使两个电动快门(12)和(17)的动作是相互交替的,在些电动快门作用下白光和蓝紫光的输出也是交替的。同时这种切换的脉冲幅度为5V的同步信号也会输到视频分离器(3)中相关的通道的电子开关(21)和(22)的M控制极和N控制极上,同步打开对应通道进行分离,分离后的只有奇数幅图像的白光照明视频分为二路,一路经过J24、J★ 11的开关到延迟器(25)进行延迟,延迟时间设置为一幅图像的周期时间,延迟后的视频跟另一路不经过延迟在图像复合器(27)进行复合,变为正常的白光照明视频输出。然后将白光照明视频送入白光图像处理器(4)进行色纠正和轮廓强调的处理后形成高清晰真彩色图像的视频,再经压缩器(6)压缩后后显示在显示器(7)的左面窗口上;同样,分离出来只有偶数幅图像的蓝紫光照明视频也一样分成二路,一路进入图像延迟器(26)延迟,延迟后跟另一路没有经过延迟的视频在图像复合器(28)中进行复合,得到正常的蓝紫光照明视频输出,然后进入荧光图像处理器(5)进行颜色分解,不同颜色图像点对点运算、比对、加权得到差异,并根据差异信息大小转化为相应的伪彩色生成荧光伪彩色图像的视频进入压缩器(6)进行压缩,显示在显示器(7)的屏幕右边的窗口上。
白光连续照明工作模式:
图像与照明同步器(8)中制位在K1开、K2关的状态时,在图4中继电器J1工作、J2不工作,这是有J21、J22不通J★ 23通;J24、J★ 11不通(在图3)。图像与照明同步器(8)中同步脉冲(29)输出被阻搁,12V直流电源(30)的信号通过J★ 23到达双光切换照明器(3)的电动快门(13)的电动快门驱动器(14)中,打开快门通过白光,而12V信号经过脉冲整形器(33)后变为5V电平输送到视频分离器(3)的电子开关(21)的控制极M上,使分离通道打开。而电子开关(22)关控制极N上控制信号为零被关闭,只有白光照明图像通过分离通道,分离出来的图像组成白光连续照明的视频,这时J24、J★ 11不通,就是阻隔图像延迟器(24)的参与延迟过程,由图像复合器(27)输出仍是连续的白光连续照明的视频,再经白光图像处理(4)处理后送入图像压缩器(6),最后在显示器(7)的屏幕中一个窗口进行显示。这种工作模式就是相当原有内窥镜的普通检查功能模式。