一种基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置的制作方法

本发明涉及设计医疗器械，尤其涉及一种基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置。

背景技术：

1、内窥成像是一种医学成像技术，它将光学装置通过自然开口或者小切口插入人体内部来对内部器官和腔道进行观察和成像，特别适用于对人体内部敏感部位的成像。内窥成像除了用于探查和诊断外，还可以作为手术通道进行活检、止血、粘膜下层剥离等治疗操作。因此极大的推动了现代医学的发展。

2、由于内窥成像需要外部光源照射相应的器官或者病灶，成像时在生物体的高反射区域往往会有高光乃至过曝情况出现，而暗部区域也会伴随着过曝的产生从而丢失细节。

3、因此提高最终成像的品质，使内窥成像具有更高的动态范围，并保证图像的均匀性非常重要，其中重要的一步就是降低图像高光区域的亮度以达到减小图像对比度的效果，使得成像更清晰、保留更多细节。

4、然而现有内窥成像设备往往采用的探测器的使用动态范围较小，存在不能在强光下正常成像的问题。并且传统的内窥成像设备在后期图像处理过程中，需要多步操作才可以得到强光下正常的成像结果，因此操作复杂，存在因操作复杂而损伤图像清晰度的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出了一种基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置，由介入探测模块、光纤传导模块、光学选通模块、成像模块和信号处理模块组成，其中，介入探测模块、光学选通模块、成像模块组成了单镜头结构的局部选通成像探测器，提高了内窥成像探测器的动态范围；而其中的光学选通模块可以对进入成像模块的光通量进行控制，实现了单个像素点的光强局部选择通过，即光强局部选通，使本发明的内窥成像装置具有可降低图像高光区域的亮度的特点，能够实现减小图像对比度的效果，使得最终成像更清晰，并可以保留更多细节。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置，所述内窥成像装置包括：介入探测模块、光纤传导模块、光学选通模块、成像模块和信号处理模块；

3、所述介入探测模块接收原始光信号并根据所述原始光信号形成反射光信号；

4、所述光纤传导模块通过光纤扩束处理将所述反射光信号分为多路光信号输出；

5、所述光学选通模块对输出的所述多路光信号进行选通处理；

6、所述成像模块对选通处理后的光信号输出一帧或多帧电信号图像；

7、所述信号处理模块对所述电信号图像进行输出处理，向所述内窥成像装置连接的外部显示装置输出所述电信号图像，用以所述外部显示装置对所述电信号图像进行显示输出，并且所述信号处理模块对所述电信号图像进行分析处理，并根据分析结果向所述光学选通模块输出或不输出反馈调整电压信号。

8、优选的，所述介入探测模块包括：棱镜、镜头和旋转控制环；

9、所述光纤传导模块包括：光纤包络、第一光纤光锥和第二光纤光锥；

10、所述光学选通模块包括：液晶板；

11、所述成像模块包括：ccd探测器；

12、所述信号处理模块包括：液晶驱动器、信号处理单元和ccd驱动器；

13、所述棱镜的卡口装置连接所述旋转控制环的一端，所述旋转控制环的另一端连接所述镜头的一端；所述镜头的另一端连接所述光纤包络的一端内的多根光纤束；所述光纤包络的另一端内的多根光纤束扩束成为所述第一光纤光锥；所述第一光纤光锥连接所述液晶板的一端；所述液晶板的另一端通过所述第二光纤光锥连接所述ccd探测器；所述ccd探测器通过信号线连接所述信号处理单元；所述信号处理单元通过信号线连接所述液晶驱动器；所述液晶驱动器通过信号线和电线连接所述液晶板并向其传输信号和供电；

14、所述ccd驱动器通过信号线和电线连接所述ccd探测器并向其传输信号和供电。

15、进一步优选的，所述棱镜接收原始光信号并根据所述原始光信号形成反射光信号；

16、所述镜头对所述反射光信号进行聚焦并通过所述光纤包络输出；

17、所述光纤包络通过光纤扩束处理得到所述第一光纤光锥，所述第一光纤光锥将聚焦的所述反射光信号分为多路光信号输出；

18、所述液晶板对输出的所述多路光信号进行选通处理；通过所述第二光纤光锥输出给所述ccd探测器；

19、所述ccd探测器通过所述第二光纤光锥接受经过选通处理后的光信号，并对所述选通处理后的光信号输出一帧或多帧电信号图像；

20、所述信号处理单元对所述电信号图像进行输出处理，向所述内窥成像装置连接的外部显示装置输出所述电信号图像，用以所述外部显示装置对所述电信号图像进行显示输出，并且所述信号处理单元对所述电信号图像进行分析处理，并根据分析结果输出控制信号控制所述液晶驱动器向所述液晶板输出或不输出反馈调整电压信号，所述液晶驱动器根据所述反馈调整电压信号调整对所述液晶板的驱动电压。

21、进一步优选的，所述信号处理单元对所述电信号图像进行分析处理，并根据分析结果输出控制信号控制所述液晶驱动器向所述液晶板输出或不输出反馈调整电压信号的具体过程为：

22、所述信号处理单元读取所述ccd探测器输出的所述电信号图像的每个单像素点电压值，与预设的电压阈值进行比较，部分或全部所述单像素点电压值不在所述电压阈值范围内时，所述信号处理单元生成用于调整对应像素点的偏置电压的反馈调整电压信号，并将所述反馈调整电压信号发送给所述液晶驱动器，所述液晶驱动器根据所述反馈电压信号，调整对所述液晶板的驱动电压；所述每个单像素点电压值均在所述电压阈值范围内时，所述信号处理单元则不输出所述反馈调整电压信号。

23、进一步优选的，所述液晶板包括：第一偏振片、玻璃基板、液晶层、滤色片、第二偏振片和外部电路；

24、所述第一偏振片与所述第二偏振片平行放置；所述第一偏振片与所述第二偏振片的偏振方向垂直；所述第一偏振片和所述第二偏振片与所述反射光信号的方向垂直；所述第一偏振片上平行放置玻璃基板；所述液晶层设置在所述第一偏振片与所述第二偏振片之间，所述液晶层连接所述外部电路；所述滤色片设置在所述液晶层与所述第二偏振片之间；

25、所述反射光信号依此通过所述第一偏振片、所述玻璃基板、所述液晶层、滤色片和所述第二偏振片；

26、所述液晶驱动器未调整对所述液晶板的驱动电压时，所述液晶层中的液晶分子使通过所述第一偏振片的反射光信号的偏振方向旋转90度，与所述第二偏振片的偏振方向相同，所述反射光信号光能够完全通过所述第二偏振片；

27、所述液晶驱动器根据所述反馈调整电压信号调整对所述液晶板的驱动电压时，所述液晶层中的液晶分子的旋向发生90度至0度的改变，使通过所述第一个偏振片的所述反射光信号的偏振方向发生90度至0度的旋转，此时通过所述第一个偏振片后的所述反射光信号的偏振方向与所述第二偏振片的偏振方向发生0度至90度的改变，使通过所述第二偏振片的所述反射光信号的强度由强变弱。

28、进一步优选的，所述旋转控制环沿所述棱镜的中心轴线进行360°自由旋转；

29、所述棱镜包括：三棱镜、直角棱镜、道威棱镜、五角棱镜、屋脊棱镜、分光棱镜中的任一种；所述棱镜外部还包括保护装置；

30、所述镜头为微型镜头；

31、所述光纤包络包括：导线包络、以及所述导线包络内的光纤；所述导线包络为光滑的不透光绝缘材料，具有柔韧性和不可伸长性；

32、所述第一光纤光锥与所述液晶板的尺寸相匹配，所述第一光纤光锥的每一条光纤连接所述液晶板的一端的每一个液晶单元；所述液晶板的另一端通过所述第二光纤光锥的每一条光纤连接所述ccd探测器的每一个像元；

33、所述第一光纤光锥的光纤数量小于等于所述第二光纤光锥的光纤数量。

34、进一步优选的，所述棱镜、所述镜头、所述液晶板和所述ccd探测器共用同一光轴。

35、优选的，所述内窥成像装置还包括主体框架；

36、所述光学选通模块、所述成像模块和所述信号处理模块设置在所述主体框架内；

37、所述主体框架的外部具有开口用于向外界传导信号线和供电线；

38、所述信号处理模块与所述光学选通模块之间通过信号线传输信号，并通过电线由外部供电，通过信号线向外部传输信号。

39、第二方面，本发明提供了一种应用上述第一方面所述的基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置的液晶选通闭环控制方法，所述液晶选通闭环控制方法包括：

40、介入探测模块接收原始光信号并根据原始光信号形成反射光信号；

41、光纤传导模块通过光纤扩束处理将反射光信号分为多路光信号输出；

42、光学选通模块对输出的多路光信号进行选通处理或不进行选通处理，并通过所述光纤传导模块传输给成像模块；

43、所述光学选通模块对输出的多路光信号进行选通处理时，所述成像模块对所述选通处理的光信号输出第一电信号图像，信号处理模块对所述第一电信号图像进行分析处理输出反馈电压信号，根据所述反馈调整电压信号调整对所述光学选通模块的驱动电压，驱动所述光学选通模块对输出的多路光信号重新进行选通处理；

44、所述光学选通模块对输出的多路光信号不进行选通处理时，所述成像模块对所述不进行选通处理的光信号输出第二电信号图像，所述信号处理模块对所述第二电信号图像进行输出处理，向内窥成像装置连接的外部显示装置输出所述电信号图像，用以所述外部显示装置对所述第二电信号图像进行显示输出。

45、优选的，所述介入探测模块包括：棱镜、镜头和旋转控制环；所述光纤传导模块包括：光纤包络、第一光纤光锥和第二光纤光锥；所述光学选通模块包括：液晶板；所述成像模块包括：ccd探测器；所述信号处理模块包括：液晶驱动器、信号处理单元和ccd驱动器；

46、所述液晶选通闭环控制方法包括：

47、所述棱镜接收原始光信号并根据所述原始光信号形成反射光信号；

48、所述镜头对所述反射光信号进行聚焦并通过所述光纤包络输出；

49、所述光纤包络通过光纤扩束处理得到所述第一光纤光锥，所述第一光纤光锥将聚焦的所述反射光信号分为多路光信号输出；

50、所述液晶板对输出的所述多路光信号进行选通处理或不进行选通处理；

51、所述液晶板对输出的多路光信号进行选通处理时，所述ccd探测器通过所述第二光纤光锥接收经过选通处理后的光信号，并对所述选通处理后的光信号输出第一电信号图像；所述信号处理单元读取所述ccd探测器输出的第一电信号图像的每个单像素点电压值，与预设的电压阈值进行比较，生成用于调整对应像素点的偏置电压的反馈电压信号，并将所述反馈电压信号发送给所述液晶驱动器，所述液晶驱动器根据所述反馈电压信号，调整对液晶板的驱动电压，驱动所述液晶板对输出的多路光信号重新进行选通处理；

52、所述液晶板对输出的多路光信号不进行选通处理时，所述ccd探测器通过所述第二光纤光锥接收经过选通处理后的光信号，并对所述选通处理后的光信号输出第二电信号图像，所述信号处理单元对所述第二电信号图像进行输出处理，向所述内窥成像装置连接的外部显示装置输出所述第二电信号图像，用以所述外部显示装置对所述电信号图像进行显示输出。

53、本发明实施例提供了一种基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置，由介入探测模块、光纤传导模块、光学选通模块、成像模块和信号处理模块组成，介入探测模块根据原始光信号形成反射光信号，光纤传导模块将反射光信号分为多路光信号并输出给光学选通模块进行选通处理，成像模块对选通处理后的光信号输出一帧或多帧电信号图像，通过信号处理模块向内窥成像装置连接的外部显示装置输出电信号图像，用以外部显示装置对电信号图像进行显示输出，并且信号处理模块对电信号图像进行分析处理，并根据分析结果向光学选通模块输出或不输出反馈调整电压信号，实现光强选通的闭环控制。

54、本发明实施例提供的基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置，其中的光学选通模块采用含有液晶层的液晶板，通过调节液晶层的驱动电压，可以动态地调整图像的亮度，从而优化成像质量；液晶层可以对进入成像模块的光通量进行控制，实现了单个像素点的光强局部选择通过，即光强局部选通，通过液晶选通的作用，可降低图像高光区域的亮度，达到减小图像对比度的效果，使得最终成像画面更清晰，并可以保留更多细节。此外，采用含有液晶层的液晶板，相较于现有技术具有功耗更低、响应速度更快的优势。将具有液晶选通作用的光学选通模块与成像模块的ccd探测器组合使用，具有延迟低、成像速度快的特点。

55、本发明实施例提供的基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置，其中的介入探测模块和光纤传导模块，介入探测模块采用较小的棱角和镜头，强度高体积小，而与介入探测模块的镜头相连接的光纤传导模块，采用光纤耦合相关光学器件，可以使介入探测模块具有可弯曲性、可伸缩性和直径小的特点，可以伸入生物体内进行内窥成像；介入探测模块与光纤传导模块的组合，对于光的利用率相比自由空间可以提高8％以上，同时本发明内窥成像装置的介入探测模块与光纤传导模块的组合，在图像的像差减小与像素对齐方面显著高于传统自由空间运行的仪器。

56、本发明实施例还提供了一种应用上述基于光强选通的腔道内高动态范围内窥成像装置的液晶选通闭环控制方法，通过直接采用ccd电压读出大小的方式进行阈值寻峰，比传统的在图像中寻找过曝光区域要快两个数量级，这种非图像模式还可以扩展为行模式或者列模式，通过将ccd中读取的电信号在每一行中的最大值进行寻找阈值，并滚动迭代从而寻找到所有行中的“过曝点”(即不在电压阈值范围内的像素点)进行反馈控制，这种行(列)扫描的寻峰-控制的方式比电压寻峰的方式快30％，比传统的方式快2-5倍。