申请/专利权人：千奥星科南京生物科技有限公司

申请日：2018-01-30

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN108498061B

主分类号：A61B1/307

分类号：A61B1/307;A61B1/07;A61B1/04;A61B1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2018.11.23#实质审查的生效;2018.09.07#公开

摘要：本发明提出了一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头及膀胱镜系统，所述探头包括外壳以及外壳内部设置的光学镜头、支撑架、光学成像芯片和柔性照明光波导；所述光学镜头固定在支撑架上；所述光学成像芯片位于光学镜头成像的像面位置；所述系统包括探头、照明光源、图像信号处理电路和采集显示终端；采用光学成像芯片与光学镜头、柔性照明光波导相结合，缩短了传像距离，图像信号在成像透镜后直接采集，能够获取高对比度和分辨率的图像质量，为精确的病灶和病情诊断提供数据支持；提高了对比度和分辨率；同时采用柔性照明光波导，提高了膀胱镜整体的柔韧性。

主权项：1.一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，包括一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头，所述探头伸入至病灶处，所述探头包括外壳以及外壳内部设置的光学镜头、支撑架、光学成像芯片和柔性照明光波导；所述光学镜头固定在支撑架上；所述光学成像芯片位于光学镜头成像的像面位置；所述光学镜头，是由多片透镜装配成的组合透镜，所述光学镜头用于将被观察物体成像到光学成像芯片表面；所述光学成像芯片，用于将光学镜头成像在光学成像芯片表面的物体的实像转换成电学图像信号；所述柔性照明光波导，包覆在外壳的内壁上，所述柔性照明光波导用于将外接照明光源传递到探头前端；所述探头还包括设置在支撑架上的滤光片，所述滤光片位于光学镜头与光学成像芯片之间，用于滤除探测波长以外的背景光和干扰光；系统还包括照明光源、图像信号处理电路和采集显示终端；所述照明光源连接探头的柔性照明光波导；用于为所述探头的柔性照明光波导提供光源；所述图像信号处理电路，用于接收探头发送的光学成像芯片形成的电学图像信号；并对所述电学图像信号进行滤波降噪处理，并将处理后的电学图像信号发送至采集显示终端显示；所述采集显示终端，用于接收图像信号处理电路发送的电学图像信号，并根据用户指令对显示的电学图像信号进行放大和移动；所述图像信号处理电路中采用如下算法进行图像处理:步骤1、对光学成像芯片形成的电学图像信号进行直方图均衡化处理，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值进行灰度区域划分；步骤2、根据上述划分的灰度区域，对相应区域分别采用对应的抛物线函数进行增强或抑制；步骤3、将增强后的图像进行锐化和平滑滤波；步骤S1中所述灰度区域划分时，采集像素值分布区域灰度值的最大值和最小值，根据最大值和最小值之间分布的像素值的多少，设定灰度值区域梯度；根据灰度值区域梯度划分为暗区、亮区和过渡区；具体地，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值，得出灰度变化模拟曲线，采用抛物线函数作为拟合曲线，在过渡区中选定参考点；横坐标：灰度值；纵坐标：像素值；若选定的参考点的像素值所对应的灰度值大于原抛物线上该点的灰度值，则应对参考点左侧的暗区设定曲率较小的抛物线函数，进行暗区增强；对参考点右侧的亮区设定曲率为负数且较大值的抛物线函数，进行亮区抑制；若选定的参考点的像素值所对应的灰度值小于原抛物线上该点的灰度值，则应对参考点左侧的暗区设定曲率较大的抛物线函数，进行暗区增强；对参考点右侧的亮区设定反向曲率较小的抛物线函数，进行亮区抑制。

全文数据：用于移动医疗的微型膀胱镜探头及膀胱镜系统技术领域[0001]本发明涉及医疗检测技术领域，特别涉及一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头及膀胱镜系统。背景技术[0002]膀胱镜是临床诊断泌尿系统疾病常用的一种侵入式检测装置，通过将照明光源和成像系统经由尿道上行插入到膀胱及至输尿管等泌尿器官，对相关脏器的表面结构进行实时的成像，以作为泌尿系统疾病诊断的直接依据。现有膀胱镜通常分为硬性和柔性两种，硬性膀胱镜的镜体和成像机构被封装在一根无法弯曲的金属管中，柔性膀胱镜则通常利用柔性光纤束进行传像，具有一定的弯曲能力。由于生理原因，男性的尿道结构相对复杂，在利用硬性进行膀胱镜检查时往往会由于镜体与尿道内壁摩擦带来巨大的疼痛和出血，检查过程中往往需要对病患进行全身麻醉。柔性膀胱镜能够通过自身弯曲减少与尿道内壁的摩擦，从而减小病患的痛苦和引起并发症的风险，通常只需要对检查部位进行局部麻醉即可。目前柔性膀胱镜通常是通过在光纤束前端加装成像透镜的方法来实现，直径也可以控制在2mm左右，极大的减轻了病患在检查过程中的痛苦经历。然而，由于光纤束使用光纤阵列作为传像元件，长距离传输过程中会有光能的损失，并且在末端成像器件上会形成与光纤束结构一致的蜂窝状图案，导致成像对比度和分辨率的下降，这对于诊断医生通过图像准确的识别病灶和判断病情会产生一定的影响。并且光纤束是玻璃纤维材质，在柔韧性上也还存在一定的欠缺。因此，有必要针对上述问题对膀胱镜做进一步的改进。发明内容[0003]本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。[0004]为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头，所述探头伸入至病灶处，所述探头包括外壳以及外壳内部设置的光学镜头、支撑架、光学成像芯片和柔性照明光波导；所述光学镜头固定在支撑架上;所述光学成像芯片位于光学镜头成像的像面位置；[0005]所述光学镜头，是由多片透镜装配成的组合透镜，所述光学镜头用于将被观察物体成像到光学成像芯片表面；[0006]所述光学成像芯片，用于将光学镜头成像在光学成像芯片表面的物体的实像转换成电学图像信号；[0007]所述柔性照明光波导，包覆在外壳的内壁上，所述柔性照明光波导用于将外接照明光源传递到探头前端。[0008]优选的，所述探头的直径范围为1.5〜3.3mm。[0009]优选的，所述探头中设有PCB电路板，所述光学成像芯片集成在PCB电路板上，所述PCB电路板连接数据线，用于传输探头所探测的电学图像信号。[0010]优选的，还包括设置在支撑架上的滤光片，所述滤光片位于光学镜头与光学成像芯片之间，用于滤除探测波长以外的背景光和干扰光。[0011]优选的，所述探头的外壳外部包覆保护套管;所述保护套管的前端采用刚性材料制成，后端保护套管采用柔性材料制作而成。[0012]本发明还提供一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，包括上述所述的探头、照明光源、图像信号处理电路和采集显示终端；[0013]所述照明光源连接探头的柔性照明光波导；用于为所述探头的柔性照明光波导提供光源；[0014]所述图像信号处理电路，用于接收探头发送的光学成像芯片形成的电学图像信号;并对所述电学图像信号进行滤波降噪处理，并将处理后的电学图像信号发送至采集显示终端显不；[0015]所述采集显示终端，用于接收图像信号处理电路发送的电学图像信号，并根据用户指令对显示的电学图像信号进行放大和移动。[0016]优选的，所述图像信号处理电路中采用如下算法进行图像处理:步骤1、对光学成像芯片形成的电学图像信号进行直方图均衡化处理，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值进行灰度区域划分;步骤2、根据上述划分的灰度区域，对相应区域分别采用对应的抛物线函数进行增强或抑制;步骤3、将增强后的图像进行锐化和平滑滤波。[0017]优选的，步骤1中所述灰度区域划分时，采集像素值分布区域灰度值的最大值和最小值，根据最大值和最小值之间分布的像素值的多少，设定灰度值区域梯度;根据灰度值区域梯度划分为暗区、亮区和过渡区。[0018]优选的，所述图像处理电路包括DSP图像处理芯片和分别与DSP图像处理芯片相连接的JTAG接口、AD转换模块、视频输出模块;所述JTAG接口用于下载图像处理算法至DSP图像处理芯片;所述DSP图像处理芯片用于根据图像处理算法进行图像处理，并将处理后的图像由视频输出模块传输至采集显示终端。[0019]优选的，所述图像处理电路连接无线通信模块，所述无线通信模块用于将图像处理电路处理后的图像信号进行无线传输。[0020]根据本发明实施例提供的一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头及膀胱镜系统，相比于现有的膀胱镜系统至少具有以下优点：[0021]1、采用光学成像芯片与光学镜头、柔性照明光波导相结合，缩短了传像距离，图像信号在成像透镜后直接采集，能够获取高对比度和分辨率的图像质量，为精确的病灶和病情诊断提供数据支持;提高了对比度和分辨率;同时采用柔性照明光波导，提高了膀胱镜整体的柔韧性。[0022]2、将探头的外径尺寸做到1.5mm，能够最大限度的减轻病患的痛苦。[0023]3、利用柔性光波导实现一体化照明，通过更换照明光源和探头内滤光片可以实现不同的成像方式，以适应不同的观察对象，具有潜在的应用价值。[0024]4、图像信号通过处理电路形成特定的有线或无线通信输出格式如USB、wifi，可以连接移动互联网络和智能通信终端，实现远程医疗，并且可以结合移动网络技术实现远程医疗，提闻偏远地区的诊断水平。[0025]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0026]本发明的上述和或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：[0027]图1为本发明实施例提供的一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头的结构示意图；[0028]图2为本发明实施例提供的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统的结构示意图；[0029]图3为本发明实施例提供的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统中图像处理算法的流程图。[0030]图中：1、光学镜头;2、滤光片；3、支撑架;4、光学成像芯片；5、PCB电路板;6、数据线;7、柔性照明光波导;8、保护套;9、照明光源;10、图像信号处理电路;11、采集显示终端。具体实施方式[0031]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0032]如图1所示，本发明实施例的一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头，所述探头伸入至病灶处，所述探头包括外壳以及外壳内部设置的光学镜头1、支撑架3、光学成像芯片4和柔性照明光波导7;光学镜头1固定在支撑架3上;光学成像芯片4位于光学镜头1成像的像面位置；[0033]光学镜头1是由多片透镜装配成的组合透镜，组合透镜作为整体，将被观察物体成像到光学成像芯片4表面;光学成像芯片4,用于将光学镜头1成像在光学成像芯片4表面的物体的实像转换成电学图像信号;还包括设置在支撑架3上的滤光片2,滤光片2位于光学镜头1与光学成像芯片4之间，用于滤除探测波长以外的背景光和干扰光。[0034]柔性照明光波导7包覆在外壳的内壁上，柔性照明光波导7用于将外接照明光源9传递到探头前端。探头的直径范围为1.5〜3.3mm。能够最大限度的减轻病患的痛苦。[0035]探头中设有PCB电路板5,光学成像芯片4集成在PCB电路板5上，PCB电路板5连接数据线6，用于传输探头所探测的电学图像信号。[0036]探头的外壳外部包覆保护套8管;保护套8管的前端采用刚性材料制成，后端保护套8管采用柔性材料制作而成。柔性光波导均匀分布在透镜和支撑架外侧，并用刚性套管同轴固定和封装。数据线和柔性光波导伸出探头的部分利用柔性套管进行封装和保护，非成像光路衔接间隙用医用胶水填充固定。[0037]在本发明的一个实施例中，本发明采用高度集成化的微型光学成像芯片4,芯片尺寸最小为〇.575mmX0.575mm，通过PCB电路板4与数据线5相连。图像信号经过数据线连接处理电路10,形成特定的通信输出格式，最终通过相应的接口由采集终端11采集和显示。采集终端不仅可以是普通的个人电脑，也可以是平板或者手机等手持式便携显示存储终端设备。光学成像芯片通过支撑架3与经过像差矫正的光学镜头1及滤光片2保持固定的位置关系，以实现探头保持特定的工作距离、放大倍率和像差特性等光学指标。柔性照明光波导7在外部与光源9耦合，末端与光学镜头平齐，用于将照明光源传输到探头前方，可以采用光纤或其他具有一定柔钿性的导光材料，外部通过刚性及柔性保护套管8统一固定和保护。在本发明中通过更换外接光源9和内部滤光片2可以分别实现白光彩色成像（白光照明配近红外截止滤光片和特定波长的荧光成像蓝光照明配525nm带通滤光片用于对绿色荧光蛋白进行成像），用以观察不同的检测对象。[0038]如图2所示，本发明还提供一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，包括上述的探头、照明光源9、图像信号处理电路1〇和采集显示终端;照明光源9连接探头的柔性照明光波导7;用于为探头的柔性照明光波导7提供光源；图像信号处理电路10,用于接收探头发送的光学成像芯片4形成的电学图像信号;并对电学图像信号进行滤波降噪处理，并将处理后的电学图像信号发送至采集显示终端显示;采集显示终端，用于接收图像信号处理电路发送的电学图像信号，并根据用户指令对显示的电学图像信号进行放大和移动。[0039]如图3所示，在本发明的一个实施例中，图像信号处理电路10中采用如下算法进行图像处理:步骤1、对光学成像芯片形成的电学图像信号进行直方图均衡化处理，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值进行灰度区域划分;步骤2、根据上述划分的灰度区域，对相应区域分别采用对应的抛物线函数进行增强或抑制;步骤3、将增强后的图像进行锐化和平滑滤波。[0040]进一步，步骤1中灰度区域划分时，采集像素值分布区域灰度值的最大值和最小值，根据最大值和最小值之间分布的像素值的多少，设定灰度值区域梯度;根据灰度值区域梯度划分为暗区、亮区和过渡区。具体地，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值，得出灰度变化模拟曲线，在本发明的实施例中，采用抛物线函数作为拟合曲线，在过渡区中选定参考点;横坐标:灰度值;纵坐标:像素值;若选定的参考点的像素值所对应的灰度值大于原抛物线上该点的灰度值，则应对参考点左侧的暗区设定曲率较小的抛物线函数，进行暗区增强;对参考点右侧的亮区设定曲率为负数且较大值的抛物线函数，进行亮区抑制。[0041]若选定的参考点的像素值所对应的灰度值小于原抛物线上该点的灰度值，则应对参考点左侧的暗区设定曲率较大的抛物线函数，进行暗区增强;对参考点右侧的亮区设定反向曲率较小的抛物线函数，进行亮区抑制。[0042]图像处理电路包括DSP图像处理芯片和分别与DSP图像处理芯片相连接的JTAG接口、AD转换模块、视频输出模块;JTAG接口用于下载图像处理算法至DSP图像处理芯片;DSP图像处理芯片用于根据图像处理算法进行图像处理，并将处理后的图像由视频输出模块传输至米集显不终端。[0043]图像处理电路连接无线通信模块，无线通信模块用于将图像处理电路处理后的图像信号进行无线传输。[0044]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0045]尽管上面己经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

权利要求：1.一种用于移动医疗的微型膀胱镜探头，其特征在于，所述探头伸入至病灶处，所述探头包括外壳以及外壳内部设置的光学镜头、支撑架、光学成像芯片和柔性照明光波导;所述光学镜头固定在支撑架上;所述光学成像芯片位于光学镜头成像的像面位置；所述光学镜头，是由多片透镜装配成的组合透镜，所述光学镜头用于将被观察物体成像到光学成像芯片表面；所述光学成像芯片，用于将光学镜头成像在光学成像芯片表面的物体的实像转换成电学图像信号；所述柔性照明光波导，包覆在外壳的内壁上，所述柔性照明光波导用于将外接照明光源传递到探头前端。2.根据权利要求1所述的用于移动医疗的微型膀胱镜探头，其特征在于，所述探头的直径范围为1.5〜3.3mm。3.根据权利要求1所述的用于移动医疗的微型膀胱镜探头，其特征在于，所述探头中设有PCB电路板，所述光学成像芯片集成在PCB电路板上，所述PCB电路板连接数据线，用于传输探头所探测的电学图像信号。4.根据权利要求1所述的用于移动医疗的微型膀胱镜探头，其特征在于，还包括设置在支撑架上的滤光片，所述滤光片位于光学镜头与光学成像芯片之间，用于滤除探测波长以外的背景光和干扰光。5.根据权利要求1所述的用于移动医疗的微型膀胱镜探头，其特征在于，所述探头的外壳外部包覆保护套管;所述保护套管的前端采用刚性材料制成，保护套管的后端采用柔性材料制作而成。6.—种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，包括上述权利要求1-5中任意一项所述的探头、照明光源、图像信号处理电路和采集显示终端；所述照明光源连接探头的柔性照明光波导；用于为所述探头的柔性照明光波导提供光源；所述图像信号处理电路，用于接收探头发送的光学成像芯片形成的电学图像信号；并对所述电学图像信号进行滤波降噪处理，并将处理后的电学图像信号发送至采集显示终端显不；所述采集显示终端，用于接收图像信号处理电路发送的电学图像信号，并根据用户指令对显示的电学图像信号进行放大和移动。7.根据权利要求6所述的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，所述图像信号处理电路中采用如下算法进行图像处理：步骤1、对光学成像芯片形成的电学图像信号进行直方图均衡化处理，根据直方图中像素值聚集区域的灰度值进行灰度区域划分；步骤2、根据上述划分的灰度区域，对相应区域分别采用对应的抛物线函数进行增强或抑制；步骤3、将增强后的图像进行锐化和平滑滤波。8.根据权利要求7所述的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，步骤S1中所述灰度区域划分时，采集像素值分布区域灰度值的最大值和最小值，根据最大值和最小值之间分布的像素值的多少，设定灰度值区域梯度;根据灰度值区域梯度划分为暗区、亮区和过渡区。9.根据权利要求7所述的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，所述图像处理电路包括DSP图像处理芯片和分别与DSP图像处理芯片相连接的JTAG接口、AD转换模块、视频输出模块;所述JTAG接口用于下载图像处理算法至DSP图像处理芯片;所述DSP图像处理芯片用于根据图像处理算法进行图像处理，并将处理后的图像由视频输出模块传输至采集显不终端。10.根据权利要求7所述的一种用于移动医疗的微型膀胱镜系统，其特征在于，所述图像处理电路连接无线通信模块，所述无线通信模块用于将图像处理电路处理后的图像信号进行无线传输。

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