CN101991400A - 光学观察*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学观察***,包括:振动器,所述振动器振动光纤的发射端,从而从所述发射端发射的光被扫描以描绘在对象上的预定扫描范围内具有某种分布的扫描轨迹,所述分布响应于操作单元的预定操作而变化;反射光探测器,所述反射光探测器检测来自用从所述发射端发射的光扫描的所述对象的反射光;图像信号探测器,所述图像信号探测器在各个检测时刻检测基于所述反射光产生的图像信号;像素分配单元,所述像素分配单元基于检测时刻分别将从检测到的图像信号建立的图像数据的块分配到像素地址中;以及图像发生器,所述图像发生器从被分配到各个像素地址中的图像数据的块产生所述对象的图像。
Description
技术领域
接下来的说明书涉及一种或多种被配置为通过对观察对象进行光学扫描来产生观察图像的光学观察***,特别涉及一种或多种医学观察***,其具有被配置为通过在对超细光纤的远端进行共振的同时对观察对象进行光学扫描来获取图像的扫描医学探头。
背景技术
作为操作者用来检查受检者的活体组织的医疗器材,纤维镜和电子镜(electronic scope)是广为人知的。例如,电子镜的操作者***电子镜的***单元并将***单元的远端引导到接近观察对象的位置。操作者根据需要操作电子镜的操作单元或视频处理器,并用光源发出的光来照射对象。之后,操作者用***单元的远端中结合的诸如电荷耦合器件(CCD)之类的固态图像传感器来采集照射对象的反射光图像。操作者在通过监视装置观察所采集的对象图像的同时进行医学诊断或医学操作。
所显示的对象图像尺寸例如随着传感器到对象的距离和/或对象的实际尺寸变化。在传感器到对象的距离较大和/或对象较小的情况下,所显示的对象图像尺寸通常较小。这种电子镜中有一些具有用于以光学放大方式显示对象图像的变焦功能(例如,参见日本专利临时公开No.HEI 10-99261)。因此,通过在屏幕上以放大方式显示对象,操作者能够具体细致地检查对象。
发明内容
在具有变焦功能的电子镜中,当图像采集放大率增大时,图像采集范围变窄。因此,对象可能容易不顾操作者的目的,因电子镜和/或对象本身的轻微移动而超出边框。在这种情况下(即对象超出边框),操作者必须先通过缩小(zoom out)来加大图像采集范围,寻找对象,然后再次放大(zoom in)所找到的对象。这种操作过于繁琐,不利于操作者执行顺畅的医学诊断。
观察对象不是总处于图像采集范围的中心。例如,当检查大肠时,观察对象位于在图像采集范围的周边区域显示的肠壁上。在这种情况下,操作者必须执行繁琐的引导电子镜的***单元远端的操作并将对象准确定位到图像采集范围的中心。
本发明的各方面有利地提供光学观察***的一种或多种无需操作者进行繁琐的操作即可细微地观察对象的改进配置。
根据本发明的一方面,提供了一种光学观察***,其被配置为通过对对象进行光学扫描来产生所述对象的图像。所述光学观察***包括:光源,所述光源被配置为发射光;光纤,所述光纤被配置为在其中传输所述光源发射的光并从所述光纤的发射端发射所述光;操作单元;振动器,所述振动器被配置为响应于以预定方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光以描绘在所述对象上的预定扫描范围内具有某种分布的扫描轨迹,所述分布根据操作所述操作单元的所述预定方式来变化;反射光探测器,所述反射光探测器被配置为检测来自用从所述光纤的所述发射端发射的光扫描的所述对象的反射光;图像信号探测器,所述图像信号探测器被配置为在各个检测时刻检测基于所述反射光产生的图像信号;像素分配单元,所述像素分配单元被配置为基于检测所述图像信号的检测时刻将从检测到的图像信号建立的图像数据的块分别分配到像素地址中;以及图像发生器,所述图像发生器被配置为从被分配到各个像素地址中的图像数据的块产生所述对象的图像。
可选的是,所述振动器可被配置为响应于以第一方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘在所述对象上的所述预定扫描范围内的均匀分布的扫描轨迹。
仍然可选的是,所述振动器可被配置为响应于以不同于第一方式的第二方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘朝向所述对象上的所述预定扫描范围的中心的以较高密度分布的扫描轨迹。
进一步可选的是,所述振动器可被配置为响应于以不同于第一方式和第二方式的第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘朝向所述对象上的所述预定扫描范围的周边区域的以较高密度分布的扫描轨迹。
可选的是,所述振动器可被配置为响应于以所述预定方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以预定速度增大。
仍然可选的是,所述振动器可被配置为响应于以所述第一方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以恒定速度增大。
仍然可选的是,所述振动器可被配置为响应于以所述第二方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以指数速度增大。
进一步可选的是,所述振动器被配置为响应于以所述第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以对数速度增大。
可选的是,无论所述扫描轨迹的分布如何变化,在所述扫描周期中所述振动器旋转所述光纤的所述发射端所用的所述旋转半径的最大值可以是恒定的。
可选的是,无论所述扫描轨迹的分布如何变化,在所述对象上扫描从所述光纤的所述发射端发射的光的所述预定扫描范围可以是恒定的。
可选的是,所述振动器可以包括:压电致动器,所述压电致动器靠近所述光纤的所述发射端设置;以及驱动器,所述驱动器被配置为响应于以所述预定方式操作的所述操作单元来控制施加到所述压电致动器上的电压。
附图说明
图1示意性地显示了根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的配置。
图2是显示用于根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的处理器的配置的方块图。
图3是示意性显示用于根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的***柔性单元的***远端的内部配置的剖面侧视图。
图4是示意性显示用于根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的***柔性单元的***远端的内部配置的透视图。
图5是用于解释使用根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***在观察对象上形成的光斑的图示。
图6是用于解释根据本发明的一个或多个方面的实施例中每个时刻检测到的图像信号与像素地址之间的关系的图示。
图7是显示根据本发明的一个或多个方面的实施例中所要执行的分辨率分布改变过程的流程图。
图8A至图8C是显示根据本发明的一个或多个方面的实施例中基于各个不同的振幅限定函数的单模光纤的发射端的旋转振幅(即旋转半径)在一个帧中的变化的曲线图。
图9A和图9B例示了根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的监视器上所显示的不同对象分别的图像。
图10A和图10B例示了根据本发明的一个或多个方面的实施例中的医学观察***的监视器上以放大方式显示的不同对象分别的图像。
具体实施方式
应注意的是,在接下来的说明书中阐述了元件之间的各种连接。要注意,除非特别说明,一般而言,这些连接可以是直接的或间接的,本说明书不在这方面进行限制。本发明的各方面可以作为可存储在包括但不限于RAM、ROM、闪存、EEPROM、CD介质、DVD介质、暂存器、硬盘驱动器、软盘驱动器、永久存储器等等的计算机可读介质上的程序在计算机软件中实施。
在下文中,将参考附图说明根据本发明的各方面的实施例。
图1示意性地显示了该实施例中的医学观察***1的配置。如图1所示,医学观察***1包括扫描医学探头100。扫描医学探头100包括周围覆盖有柔性护套(sheath)132的***柔性单元130。操作者从***柔性单元130的远端(下文称之为***远端130a)的一侧将***柔性单元130直接***到体腔中,并将***远端130a引导到接近对象的位置。或者,为了将***远端130a引导到接近对象的位置,可用连接在柔性单元130上的导丝(guide wire)将***柔性单元130***到体腔中。此外,操作者可将***柔性单元130***到例如具有固态图像传感器的普通电子镜的钳子管道(forceps channel)中,并操作***远端130a来接近对象。
在***柔性单元130的基端设置有用于操作扫描医学探头100的操作单元150。在从操作单元150延伸出来的通用电缆160的基端设置有连接器110。
医学观察***1包括处理器200。处理器200整体设置有信号处理器及结合在信号处理器中的光源。信号处理器控制扫描医学探头100并基于通过扫描医学探头100获取的观察光来产生图像信号。光源发射的扫描光通过扫描医学探头100来照射通常未被自然光照射到的活体组织。应注意,信号处理器和光源可以分开设置。处理器200包括连接器210。当连接器110被***到连接器210中时,扫描医学探头100与处理器200光学连接及电连接。
图2是显示了处理器200的配置的方块图。在图2中还示意性地描绘了连接器110以清除显示扫描医学探头100与处理器200之间的连接关系。
处理器200包括激光发射器230R、230G和230B作为用于扫描对象的光源,激光发射器230R、230G和230B分别发射具有波长R、G和B的激光束。应注意,可以用例如发射具有大波长范围的超连续光的单个光纤激光器来代替三个激光发射器230R、230G和230B。此外,还可以用例如发光二极管(LED)来代替激光发射器230R、230G和230B。
处理器200包括对处理器200的每个电路的信号处理时序进行整体控制的时序控制器240。时序控制器240向用于激光器驱动器232R、232G和232B的每个驱动电路发送预定的调制控制信号。激光器驱动器232R、232G和232B分别基于接收到的调制控制信号来直接调制激光发射器230R、230G和230B。特别地,每个驱动电路基于调制控制信号向激光发射器230R、230G和230B中的相应的一个激光发射器传送具有相同振幅和相同相位的电流。因此,激光发射器230R、230G和230B彼此同步的发射强度相同的分别对应于波长R、G和B的脉冲激光束(下文称之为“R脉冲激光束”、“G脉冲激光束”和“B脉冲激光束”)。
分别由激光发射器230R、230G和230B发射的R脉冲激光束、G脉冲激光束和B脉冲激光束被引导到光耦合器(optical coupler)234中。光耦合器234发射在相干态耦合的接收到的脉冲激光束。在下文中,为了便于说明,将通过光耦合器234耦合的脉冲激光束称作耦合脉冲激光束。
当光源被配置为单个光纤激光器时,时序控制不需要同步分别具有波长R、G和B的脉冲激光束。因此,可以简化设置在激光发射器230R、230G和230B周围的电路配置。另外,由于脉冲激光束是以耦合状态发射的,因此可以省略光耦合器234。
光耦合器234发射的耦合脉冲激光束入射到扫描医学探头100中包含的单模光纤112的入射端112a上。单模光纤112从连接器110到***远端130a的长度装在护套132中。入射到入射端112a上的耦合脉冲激光束通过单模光纤112传输,同时在单模激光器112内重复全内反射。
图3是示意性显示***远端130a的内部配置的剖面侧视图。图4是示意性显示***远端130a的内部配置的透视图。在下文中,为了便于解释扫描医学探头100的配置,将扫描医学探头100的纵向定义为Z轴,将垂直于Z轴且相互垂直的两个方向定义为X轴和Y轴。根据该定义,例如,图3是***远端130a沿包含扫描医学探头100的中心轴AX的Y-Z面的剖面图。
如图1和图3所示,通过护套132的外径来确定***柔性单元130的外径。由于扫描医学探头100被配置为其中不结合任何的固态图像传感器,因此护套132的外径小于普通的电子镜的外径。因此,扫描医学探头100所达到的侵入力低于普通的电子镜。
如图3所示,在护套132内设置有支撑件134。单模光纤112的远端部分112c被***到支撑件134的通孔中并被支撑件134支撑而如悬臂状延伸。支撑件134还支撑压电致动器136和138。压电致动器136和138的每个电极的终端与装在连接器110中的电线(未示出)连接。当连接器110与连接器210连接时,压电致动器136及138分别通过电线与处理器200的X轴驱动器236X及Y轴驱动器236Y连接。
时序控制器240向X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y的每个驱动电路传送预定的驱动控制信号。X轴驱动器236X基于相应的驱动控制信号对压电致动器136施加交流电压X。Y轴驱动器236Y基于相应的驱动控制信号对压电致动器138施加与交流电压X频率相同但相位相差90度的交流电压Y。应注意的是,交流电压X被定义为振幅以预定速度逐渐增加(见图8A)以在预定的时间周期(X)内达到有效值(X)的电压。此外,交流电压Y被定义为振幅以预定速度逐渐增加(见图8A)以在预定的时间周期(Y)内达到有效值(Y)的电压。
适当选择压电致动器136和138的材料和形状以便当交流电压X和Y被分别施加到压电致动器136和138上时压电致动器136和138彼此共振。单模光纤112的发射端112b绕中心轴AX旋转,从而当压电致动器136和138在X轴方向和Y轴方向产生的动能被合成时,在X-Y面的近似平面(下文称之为XY近似平面)内描绘出螺旋图案。发射端112b的旋转轨迹与所施加的电压X和Y成比例地径向扩大,从而当交流电压X和Y的有效值(X)和(Y)分别被施加到压电致动器136和138的时候描绘出半径最大的圆形轨迹。
在从开始施加交流电压X和Y到终止向压电致动器136和138施加交流电压X和Y为止的时间周期(即,相当于时间周期(X)或(Y)的时间周期)内,发射端112b保持发射入射到单模光纤112的入射端112a的耦合脉冲激光束。在下文中,为了便于描述,将该时间周期称作“采样周期”。
在经过采样周期后,终止向压电致动器136和138施加交流电压X和Y,从而使单模光纤112的远端部分112c的振动衰减。发射端112b在XY近似平面上的圆周运动随着单模光纤112的远端部分112c的振动的衰减而回退,并且在预定的时间周期之后停止在中心轴AX上。在下文中,为了便于描述,将经过采样周期之后到发射端112b的圆周运动停止在中心轴AX上为止的时间周期(更确切地说,是被设定为比计算所得的经过采样周期之后到发射端112b的圆周运动停止在中心轴AX上为止的时间周期略长的时间周期,以便确保发射端112b的圆周运动在中心轴AX上停止)称作制动周期。与一个帧相对应的时间周期被配置为包括采样周期和制动周期。应注意,为了缩短制动周期,可在制动周期的初始阶段对压电致动器136和138中的每一个施加具有相反相位的电压以主动施加制动扭矩。
在单模光纤112的发射端112b的前方设置有会聚光学***140。在图3中,会聚光学***140被表示为单个透镜。但会聚光学***140可以被配置为具有多个透镜。在会聚光学***140前方设置有玻璃盖片CG以密封护套132。通过会聚光学***140会聚单模光纤的发射端112b所发射的耦合脉冲激光束以在对象上形成光斑Si。每个光斑Si的直径都非常小,例如只有几微米数量级。
图5是用于解释在对象上形成的光斑Si(i=1至n)的图示。为了获得一幅图像,扫描医学探头100按照“S1,S2,S3,...,Sn-2,Sn-1,Sn”的顺序形成n个光斑Si,在对象上描绘出螺旋图案SP。根据单模光纤112的发射端112b的运动速度和/或每个激光发射器230R、230G和230B的调制频率来确定每两个相邻的光斑Si之间的距离。应注意,螺旋图案SP是在假设用连续激光束代替脉冲激光束扫描对象的基础上描绘出的虚拟扫描轨迹。
通过实验事先确定在采样周期中单模光纤112的发射端112b在XY近似片面上的位置(轨迹)。此外如果位于所确定的位置的发射端112b发射耦合脉冲激光束,还要事先确定发射端112b的位置与在图像采集范围(扫描范围)内在对象上形成的光斑Si的位置之间的关系。基于事先确定的数据,时序控制器240以与帧频对应的周期为间隔反复进行X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y的控制(即施加在压电致动器136和138上的交流电压的控制)以及激光器驱动器232R、232G和232B的控制(即激光器驱动器232R、232G和232B在采样周期内的调制控制)。
如图4所示,支撑件134的端面134a形成有布置成环形的多个通孔。检查光纤142被***到每个通孔中。检查光纤142在支撑件134后方被束在一起以构成光纤束142B。
在对象上形成光斑Si的激光束的反射脉冲激光束入射到检查光纤142的入射端142a上。入射到入射端142a上的反射脉冲激光束通过光纤束142B(检查光纤142)向光纤束142B的终端传输。光纤束142B的终端装在连接器110中,并通过连接器110和连接器210之间的接合与处理器200的光学分离器238连接。
应注意,光纤束142B被配置为只具有成捆的几十个光纤(例如80个光纤)。因此,光纤束142B的直径小于用于普通电子镜或普通纤维镜的光纤束(例如被配置为具有成捆的几百至上千个光纤的光纤束)的直径。此外,在该实施例中,检查光纤142不限于多个光纤,也可以是单个光纤。在单个检查光纤142的情况下,可以使扫描医学探头100的直径更小。
光学分离器238将通过光纤束142B传输的反射脉冲激光束分成分别具有波长R、G和B的反射脉冲激光束(在下文中称之为反射R脉冲激光束、反射G脉冲激光束以及反射B脉冲激光束)。之后,反射R脉冲激光束、反射G脉冲激光束以及反射B脉冲激光束分别被传输到光学探测器250R、250G和250B。
如上所述,通过单个单模光纤112传输耦合脉冲激光束以照亮对象。因此,在对象上反射的反射脉冲激光束的光强很小。因此,为了可信地检查这种具有低噪声水平的小光强,对于每个光电探测器250R、250G和250B而言,采用诸如光电倍增管(photoelectron multiplier)之类的高灵敏度光学探测器。
每个光电探测器250R、250G和250B通过具有波长R、G、B中的相应的波长的反射脉冲激光束的光电转换产生模拟信号,然后将模拟信号传输到后续电路。通过每个光学探测器250R、250G和250B检测的与具有波长R、G和B中的相应波长的反射脉冲激光束对应的模拟信号被采样、保持并通过A/D转换器252R、252G和252B中的相应的A/D转换器转换为数字信号序列。数字信号序列被传送到数字信号处理器(DSP)254。
DSP 254具有基于前述事先确定的数据创建的转换表。转换表将耦合脉冲激光束的光斑Si在图像采集范围内的形成位置(换言之,构成所采集的图像的像素的地址)与检测到光斑Si反射的脉冲激光束的时刻T关联。参照转换表,DSP 254监视来自每个A/D转换器252R、252G和252B的数字信号序列,并在每个时刻T检侧与每个波长对应的信号作为图像信号的相应的像素地址。即,DSP 254检测来自A/D转换器252R的信号作为对应于颜色(波长)R的亮度值,检测来自A/D转换器252G的信号作为对应于颜色(波长)G的亮度值、以及检测来自A/D转换器252B的信号作为对应于颜色(波长)B的亮度值。DSP 254把对每个像素地址检测的图像信号缓存到帧存储器FM中。
参考图6详细解释在每个时刻T检测的图像信号与像素地址之间的关系。为了便于描述,假设最终创建的图像被配置为具有19×19像素。参照转换表,DSP 254在与光斑S1对应的时刻T1检测与每个波长对应的图像信号。DSP 254将所检测到的与每个波长对应的图像信号缓存到帧存储器FM中与像素地址(10,10)关联。DSP 254在接下来与每个光斑S2、S3、...对应的时刻T2、T3、...继续检测与每个波长对应的图像信号并分别将所检测到的与每个波长对应的图像信号缓存到帧存储器FM中与像素地址(9,9)、(9,11)、...关联。因此,DSP 254在帧存储器FM中缓存与在对象上形成的光斑S1至Sn对应的一个帧(所有像素)的图像信号。
对于没有与其关联的图像信号的像素地址,例如,DSP 254产生预定的掩码数据(masking data)并将掩码数据缓存到帧存储器FM中。DSP 254根据时序控制器240的时序控制读取在帧存储器FM中缓存的图像信号并将读取的图像信号传送到译码器256中。
译码器256将图像信号转换为符合预定标准的视频信号,并将视频信号传送到监视器300。因此,由颜色R、G和B产生对象的彩色图像显示在监视器300上。此时,在监视器300上显示对象的彩色图像所用的分辨率为启动医学观察***1时设置的初始分辨率。该分辨率在图像采集范围(扫描范围)从中心到周边区域的整个区域上是基本一致的。
在该实施例中,通过操作单元150的控制杆的上推/下拉操作来改变采集图像的分辨率的分布。图7是显示被执行来改变所采集的图像的分辨率分布的分辨率分布改变过程的流程图。在医学观察***1从启动到停止期间连续执行分辨率分布改变过程。
在医学观察***1启动后,紧接着,DSP 254在PD值存储器270中写入PD值(S1)的初始值(PD=0)。当医学观察***1工作时,响应操作者所操作的操作单元150的控制杆来更新在PD值存储器中写入的PD值。特别地,操作单元150根据上推/下拉控制杆的控制杆操作时间向DSP 254发送PD信号。例如,PD信号包括指示(上推控制杆的)上推操作或(下拉控制杆的)下拉操作的信号以及脉冲数与控制杆操作时间成比例的脉冲信号。当接收到与上推操作对应的PD信号时,DSP 254将PD信号中包含的脉冲数加到PD值存储器270中存储的PD值中。而当接收到与下拉操作对应的PD信号时,DSP 254从PD值存储器270中存储的PD值中减去PD信号中包含的脉冲数。
在S2中,在时序控制器240的时序控制下,DSP 254确定是否检测到从采样周期到制动周期的过渡(S2)。当检测到向制动周期的过渡时(S2:是),DSP 254从PD值存储器270中读取PD值(S3),并在执行随后的步骤S4以及步骤S5至S7其中之一的操作,直到用于下一帧的另一采样周期到来为止。
DSP 254持有与各个PD值关联的不同的振幅限定函数f,每个振幅限定函数f限定采样周期中单模光纤112的发射端112b的旋转振幅(即旋转半径)。当PD值存储器270中存储的PD值为零时(S4:PD=0),DSP 254调用与等于零的PD值对应的第一振幅限定函数f,并将第一振幅限定函数f传送到时序控制器240。在S5中,时序控制器240基于第一振幅限定函数f产生驱动控制信号(S5)。当用于下一帧的另一采样周期到来时,时序控制器240将S5中产生的驱动控制信号传送到X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y的每个驱动电路。
图8A是显示在一个帧中单模光纤112的发射端112b的旋转振幅变化的曲线图。在图8A中,纵轴代表旋转振幅,横轴代表时间。当接收到基于第一振幅限定函数f产生的驱动控制信号时,X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y驱动并控制压电致动器136和138,使得如图8A所示,在采样周期中,发射端112b的旋转振幅以预定速度逐渐增大,直到达到最大振幅AM MAX(换言之,使得发射端112b的旋转轨迹在径向方向上以预定的恒定速度逐渐扩大)。此时,在对象上形成的n个光斑Si均匀分布在整个扫描范围上。图9A是当如图8A所示控制发射端112b的旋转振幅时所采集的支气管图像。图9B是当如图8A所示控制发射端112b的旋转振幅时所采集的大肠图像。在图9A中,支气管中的观察对象具有附图标记410。在图9B中,大肠中的观察对象(肠壁)具有附图标记410。
当PD值存储器270中存储的PD值小于零时(S4:PD<0),DSP 254调用与小于零的PD值对应的第二振幅限定函数f,并将第二振幅限定函数f传送到时序控制器240。在S6中,时序控制器240基于第二振幅限定函数f产生驱动控制信号(S6)。当用于下一帧的另一采样周期到来时,时序控制器240将S6中产生的驱动控制信号传送到X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y的每个驱动电路。
图8B以与图8A相同的方式显示了一个帧中的单模光纤112的发射端112b的旋转振幅变化的曲线图。当接收到基于第二振幅限定函数f产生的驱动控制信号时,X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y驱动并控制压电致动器136和138,使得如图8B所示,在采样周期中,发射端112b的旋转振幅以指数速度逐渐增大,直到达到最大振幅AM MAX(换言之,使得发射端112b的旋转轨迹在径向方向上以指数速度逐渐扩大)。此时,以与图8A中例示的旋转振幅控制方式相同的方式进行采样周期中的每个激光发射器的调制控制。因此,在对象上形成的n个光斑Si朝向扫描范围的中心以较高密度(换言之,朝向扫描范围的周边区域以较低密度)分布。此外,根据与图8A显示的示例中相同的像素分配算法采用前述转换表创建对象的图像。因此,对象的图像在监视器300上显示为朝向扫描范围的中心具有较多像素的图像(即朝向扫描区域的中心具有较高分辨率)。另外,扫描范围与图8A中所例示的旋转振幅控制的扫描范围相同。因此,尽管在对象的中心应用较高的分辨率,图像采集范围仍保持与图8A中例示的图像采集范围相同。
图10A是基于图8B中例示的旋转振幅控制采集的图9A中的同一支气管的图像。由于朝向图像采集范围的中心用较高的像素采集对象的图像,因此在监视器300上可如图10A所示以放大方式显示对象410。因此,操作者可以对对象410进行细微的观察(医学诊断)。此外,图10A所示的示例中的图像采集范围保持与图9A所例示的相同。因此,与采用一般的变焦功能增大图像采集放大率的情况相比,对象不太可能因扫描医学探头和/或对象本身的轻微移动而超出边框。
应注意,当PD值较低时(即,当操作单元150的控制杆被下拉的控制杆操作时间较长时),在采样周期中,单模光纤112的发射端112b的旋转振幅以更大的指数速度增大。因此,当PD值较低时,朝向图像采集范围的中心以较高的分辨率采集对象的图像。因此,操作者能够在图像采集范围中心对图像进行更细微的观察(医学诊断)。
当PD值存储器270中存储的PD值大于零时(S4:PD>0),DSP 254调用与大于零的PD值对应的第三振幅限定函数f,并将第三振幅限定函数f传送到时序控制器240。在S7中,时序控制器240基于第三振幅限定函数f产生驱动控制信号(S7)。当用于下一帧的另一采样周期到来时,时序控制器240将S7中产生的驱动控制信号传送到X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y的每个驱动电路。
图8C以与图8A相同的方式显示了一个帧中的单模光纤112的发射端112b的旋转振幅变化的曲线图。当接收到基于第三振幅限定函数f产生的驱动控制信号时,X轴驱动器236X和Y轴驱动器236Y驱动并控制压电致动器136和138,使得如图8C所示,在采样周期中,发射端112b的旋转振幅以对数速度逐渐增大,直到达到最大振幅AM MAX(换言之,使得发射端112b的旋转轨迹在径向方向上以对数速度逐渐扩大)。此时,以与图8A中例示的旋转振幅控制方式相同的方式进行采样周期中的每个激光发射器的调制控制。因此,在对象上形成的n个光斑Si朝向扫描范围的周边区域以较高密度(换言之,朝向扫描范围的中心的以较低密度)分布。此外,根据与图8A显示的示例中相同的像素分配算法采用前述转换表创建对象的图像。因此,对象的图像在监视器300上显示为朝向扫描范围的周边区域具有较多像素的图像(即朝向扫描区域的周边区域具有较高分辨率)。另外,扫描范围与图8A中例示的旋转振幅控制的扫描范围相同。因此,尽管在对象的周边区域应用较高的分辨率,图像采集范围仍保持与图8A中例示的图像采集范围相同。
图10B是基于图8B中例示的旋转振幅控制采集的图9B中的同一大肠的图像。由于朝向图像采集范围的周边区域用较高的像素采集对的图像,因此在监视器300上可如图10B所示以放大方式显示对象420。因此,操作者可以对对象420进行细微的观察(医学诊断)。此外,图10B显示的示例中的图像采集范围保持与图9B所例示的相同。因此,与采用一般的变焦功能增大图像采集放大率的情况相比,对象不太可能因扫描医学探头和/或对象本身的轻微移动而超出边框。
应注意,当PD值较高时(即,当操作单元150的控制杆被上推的控制杆操作时间较长时),在采样周期中,单模光纤112的发射端112b的旋转振幅以更大的对数速度增大。因此,当PD值较高时,朝向图像采集范围的周边区域以较高的分辨率采集对象的图像。因此,操作者能够在图像采集范围的周边区域对图像进行更细微的观察(医学诊断)。
因此,当使用该实施例的医学观察***1以光学放大方式显示对象时,不缩小图像采集范围(即图像采集范围始终相同)。因此,对象不太可能因扫描医学探头和/或对象本身的轻微移动而超出边框,因此该医学观察***能够帮助操作者进行顺畅的医学诊断。另外,无需向对象引导***远端130a即可以放大方式显示图像采集范围的周边区域中的对象。这样,可以降低操作者的操作负担,并且可以有效避免***远端130a与活体组织间的不必要的接触。
在上文中描述了根据本发明的各方面的实施例。可以采用传统的材料、方法和设备来实现本发明。因此,本文没有详细阐述这些材料、设备和方法的细节。在前面的描述中阐述了许多具体细节,例如特定的材料、结构、过程等等,有利于透彻细节本发明。但是应承认,不用重新分配具体阐述的细节即可实现本发明。在其他情况下未详细描述公知的处理结构,以免不必要地模糊本发明。
本公开中仅显示和描述了本发明的示意性实施例及其多方面的若干实例。应理解的是,本发明能够在各种其他组合及环境中使用,并且能够在本文所表达的发明构思的范围内进行变化和修改。
例如,用于改变所采集的图像的分辨率分布的界面不限于操作单元150的控制杆,还可以是设置在处理器200的前表面上的操作面板260(例如触摸屏)或者与处理器200相连的脚踏开关。
此外,不一定是在X轴和Y轴之间共同引起单模光纤112的发射端112b的分辨振幅响应于操作单元150的控制杆的操作的变化,还可以在它们之间引起分别不同的变化。
Claims (13)
1.一种光学观察***,被配置为通过对于对象进行光学扫描来产生所述对象的图像,包括:
光源,所述光源被配置为发射光;
光纤,所述光纤被配置为在其中传输所述光源发射的光并从所述光纤的发射端发射所述光;
操作单元;
振动器,所述振动器被配置为响应于以预定方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘在所述对象上的预定扫描范围内具有某种分布的扫描轨迹,所述分布根据操作所述操作单元的所述预定方式来变化;
反射光探测器,所述反射光探测器被配置为检测来自用从所述光纤的所述发射端发射的光扫描的所述对象的反射光;
图像信号探测器,所述图像信号探测器被配置为在各个检测时刻检测基于所述反射光产生的图像信号;
像素分配单元,所述像素分配单元被配置为基于检测所述图像信号的检测时刻将从检测到的图像信号建立的图像数据的块分别分配到像素地址中;以及
图像发生器,所述图像发生器被配置为从被分配到各个像素地址中的图像数据的块产生所述对象的图像。
2.如权利要求1所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以第一方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘在所述对象上的所述预定扫描范围内均匀分布的扫描轨迹。
3.如权利要求1或2所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以第二方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘朝向所述对象上的所述预定扫描范围的中心以较高密度分布的扫描轨迹。
4.如权利要求3所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘朝向所述对象上的所述预定扫描范围的周边区域以较高密度分布的扫描轨迹。
5.如权利要求1所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以所述预定方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以预定速度增大。
6.如权利要求2所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以所述第一方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以恒定速度增大。
7.如权利要求3所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以所述第二方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以指数速度增大。
8.如权利要求4所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以所述第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以对数速度增大。
9.如权利要求5所述的光学观察***,其中无论所述扫描轨迹的分布如何变化,在所述扫描周期中所述振动器旋转所述光纤的所述发射端所用的所述旋转半径的最大值是恒定的。
10.如权利要求1所述的光学观察***,其中无论所述扫描轨迹的分布如何变化,在所述对象上扫描从所述光纤的所述发射端发射的光的所述预定扫描范围是恒定的。
11.如权利要求1所述的光学观察***,其中所述振动器包括:
压电致动器,所述压电致动器靠近所述光纤的所述发射端设置;以及
驱动器,所述驱动器被配置为响应于以所述预定方式操作的所述操作单元来控制施加到所述压电致动器上的电压。
12.如权利要求1或2所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而扫描从所述发射端发射的光,以描绘朝向所述对象上的所述预定扫描范围的周边区域以较高密度分布的扫描轨迹。
13.如权利要求12所述的光学观察***,其中所述振动器被配置为响应于以所述第三方式操作的所述操作单元来振动所述光纤的所述发射端,从而所述发射端绕所述光纤的轴线方向旋转,以便在垂直于所述轴线方向的平面上描绘螺旋图案,在所述对象上的所述预定扫描范围内扫描从所述发射端发射的光的扫描周期中,旋转半径以对数速度增大。
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