CN112545431B

CN112545431B - 一种共聚焦内窥镜成像装置及成像的自动补偿方法

Info

Publication number: CN112545431B
Application number: CN202011375456.8A
Authority: CN
Inventors: 马骁萧; 冯宇; 付玲
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-11-30
Also published as: CN112545431A

Abstract

本发明公开了一种共聚焦内窥镜成像装置及成像的自动补偿方法，包括物镜、光纤束、安装座，光纤束的周侧设有柔性导电板和套筒，安装座一侧设置有绝缘层和导向筒；柔性导电板内嵌设有一圈硅基光传感器，硅基光传感器包括信号针脚和接地针脚，柔性导电板外接成像***，信号针脚与柔性导电板抵接，安装座内靠近光纤束的一侧还嵌设有凸出于绝缘层的接地环；导向筒内活动设置有卡柱，套筒外周壁对应设置有卡槽，当接地针脚与接地环抵接时，卡柱向光纤束的方向运动，以进入卡槽内将套筒卡紧。光纤束***后，硅基光传感器才与接地环抵接，避免未安装之前受到自然光的影响，从而可以确保在使用过程中，硅基光探测器对泄露光的检测数据更加精准可靠。

Description

一种共聚焦内窥镜成像装置及成像的自动补偿方法

技术领域

本发明属于内窥镜成像领域，更具体地，涉及一种共聚焦内窥镜成像装置及成像的自动补偿方法。

背景技术

在基于光纤束的共聚焦成像***中，激光器发射激光，通过激光扫描装置和耦合物镜对光纤束的端面进行扫描，将激光聚焦后注入到光纤束的每一根纤芯中，每一根纤芯的直径大约为2-3微米。在光纤束的另一端，注入的激光通过微物镜聚焦在被观测物体上，被观测物体在注入激光的激发下发出荧光，荧光沿着同样的路径通过光纤束的纤芯返回，最终被探测器捕捉到并且成像。耦合物镜与光纤束之间需精确定位，微小的距离偏差即会引起成像质量的较大波动，所以对焦机构精确定位及稳定保持，对于保障***正常工作尤为重要。

然而，共聚焦内窥镜***在运行过程中，由于探头在进入钳道和目标腔体组织中需经过弯曲的行程，有时会出现光纤束近端和耦合物镜连接的松动导致两者的对焦失准，出现光泄露，进而使得成像出现黑点或暗区，干扰了临床诊断。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种共聚焦内窥镜成像装置及成像的自动补偿方法，其目的在于解决现有技术中难以探测到光纤束与物镜之间泄露光而造成成像黑点或暗区的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种共聚焦内窥镜成像装置，包括物镜和光纤束，所述物镜与所述光纤束之间通过安装座进行对焦，其特征在于，所述光纤束的周侧依次套设有柔性导电板和套筒，所述安装座靠近所述光纤束的一侧设置有绝缘层且于所述绝缘层上固定有与所述套筒配合定位的导向筒；

所述柔性导电板靠近所述安装座的一侧嵌设有一圈硅基光传感器，所述硅基光传感器包括信号针脚和接地针脚，所述柔性导电板为柔性导电材料制成且外接成像***，所述信号针脚与所述柔性导电板抵接，所述安装座内靠近所述光纤束的一侧还嵌设有凸出于所述绝缘层的接地环；

所述导向筒内活动设置有卡柱，所述套筒外周壁对应设置有卡槽，当所述接地针脚与所述接地环抵接时，所述卡柱向光纤束的方向运动，以进入所述卡槽内将所述套筒卡紧。

通过上述技术方案，将硅基光传感器设置在光纤束周侧，在***光纤束时就能带动硅基光传感器进入到物镜与光纤束的对焦位置处，并且，在光纤束***后，硅基光传感器就与接地环抵接，使得硅基光传感器得以工作，避免了在未安装之前硅基光传感器就受到自然光条件下380-600nm波段光的影响，从而可以确保在使用过程中，硅基光探测器对泄露光的检测数据更加精准可靠。本技术方案通过硅基光探测器对光纤束和物镜之间的泄露光进行探测，且多个探测器围绕在光纤束周侧一圈设置，有利于根据不同的探测数值对发生泄露的具体光纤进行定位，更加方便了对泄露光的补偿。

本发明的另一个方面，还提供了一种共聚焦内窥镜成像的自动补偿方法，包括以下步骤：

S1，手持套筒，***导向筒内，硅基光传感器的接地针脚与接地环抵接，卡柱向光纤束的方向运动，进入卡槽内将所述套筒卡紧；

S2，在不同激发光功率强度下获取不同亮度的组织图像，用不同强度的信号电流进行标定，对不同亮度图像进行拟合处理，建立像素亮度阈值图谱；

S3，所述光纤束端部的一圈硅基光探测器对物镜与光纤束之间进行实时的泄露光探测，将不同硅基光传感器探测到的泄漏光功率强度P’转化为泄漏电流信号A’输出；

S4，成像***接收到不同硅基光传感器的泄漏电流信号A’，并将其转化为可被成像***显示单元识别的缺损电流信号I；

S5，根据获得的缺损电流信号I对泄露的具体光纤进行补偿，以对组织图像的暗区进行补偿；

S6，手持套筒，用力拔出，卡柱向远离光纤束的方向运动，硅基光传感器的接地针脚远离接地环，所述接地环向靠近光纤束的方向凸出，以备下一次光纤束的***。

通过该方法，对上述装置进行使用，探测到泄露光并将其转化为缺损信号电流，从而进行补偿，使图像均匀而无黑点或暗点。

附图说明

图1是光纤束***安装座时的装置结构示意图；

图2是光纤束拔出安装座时的装置结构示意图；

图3是图1中A部分的放大示意图；

图4是图2中B部分的放大示意图；

图5是标准腔体器官的像素亮度阈值图谱。

图中，1、安装座；11、绝缘层；12、第一竖槽；13、接地环；131、水平弹簧；14、升降柱；2、光纤束；21、柔性导电板；211、安装槽；212、硅基光传感器；2121、信号针脚；2122、接地针脚；213、胶水；214、凸起；22、套筒；221、卡槽；23、导电环；24、引线；3、导向筒；31、第二竖槽；311、卡柱；32、横槽；321、杠杆；4、物镜；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明提出一种共聚焦内窥镜成像装置，包括物镜4和光纤束2，物镜4与光纤束2之间通过安装座1进行对焦且分别位于安装座1的两侧，光纤束2的周侧套设有柔性导电板21，柔性导电板21的周侧套设有套筒22，套筒22为绝缘材质制成，便于手持。安装座1靠近光纤束2一侧则设置有绝缘层11，且于绝缘层11上固定有与套筒22配合定位的导向筒3，导向筒3的内径大小与套筒22的外径大小相同。

如图3所示，柔性导电板21靠近安装座1的一侧嵌设有一圈硅基光传感器212，硅基光传感器212包括信号针脚2121和接地针脚2122，其信号针脚2121与柔性导电板21抵接，柔性导电板21为柔性导电材料制成，且柔性导电板21外接有成像***，因此，硅基光传感器212的信号针脚2121与成像***相连。

具体地，在柔性导电板21靠近安装座1的一侧开设有一圈安装槽211，多个硅基光传感器212呈圆周阵列分布在安装槽211内，安装槽211内填充有胶水213，硅基光传感器212通过胶水213粘贴固定在柔性导电板21内。柔性导电板21在安装槽211中靠近光纤束2的内壁上设有凸起214，该凸起214可以使得硅基光传感器212在安装槽211中时，其信号针脚2121能更好地与柔性导电板21进行抵接。当硅基光传感器212放置在安装槽211内时，硅基光传感器212的信号针脚2121与凸起214抵接，而远离信号针脚2121的一端，也就是接地针脚2122则与安装槽211的内壁之间存在间隙，便于胶水213填充进来，从而使得接地针脚2122与柔性导电板21之间保持绝缘。光纤束2的周侧在套筒22内还设有导电环23，导电环23与柔性导电板21相接触，导电环23通过引线24与外部的成像***连接，从而实现硅基光传感器212与成像***的连接。

如图3和图4所示，在安装座1内靠近光纤束2的一侧嵌设有接地环13，硅基光传感器212的接地针脚2122在光纤束2***安装座1内后与接地环13实现抵接，而安装座1为接地设置，因此，实现接地针脚2122的接地。接地环13凸出于绝缘层11设置，可以更好地与接地针脚2122进行抵接接触，当手持套筒22将光纤束2从安装座1中拔出后，硅基光传感器212的接地针脚2122与接地环13分离。

当操作人员手持套筒22进入到导向筒3内，柔性导电板21内嵌设的硅基光传感器212则向靠近安装座1的方向移动，最终其接地针脚2122抵接到接地环13上。接地环13通过水平弹簧131固定在安装座1内，因此可以水平移动，当硅基光传感器212的接地针脚2122抵接到接地环13时，推动接地环13向远离光纤束2的方向运动，此时，水平弹簧131处于拉伸状态。而接地针脚2122离开接地环13后，水平弹簧131处于自然状态，接地环13明显凸出于绝缘层11。

导向筒3内活动设置有卡柱311，卡柱311的运动方向垂直于导向筒3的轴线方向，套筒22的外周壁对应设置有卡槽221，卡柱311的底部在导向筒3轴向上的两个面为斜面，使得卡柱311的底部呈三角状或倒梯形，卡槽221的形状与之对应，因此，当卡柱311进入到卡槽221内锁紧后，操作人员用力拔出套筒22时，力度超过一定阈值的情况下，通过卡柱311底部的斜面设置可以使得卡柱311从卡槽221中离开，从而达到解锁的目的。

当接地针脚2122与接地环13抵接时，也就是推动接地环13水平运动时，卡柱311同时向靠近光纤束2的方向运动，从而进入到卡槽221内实现锁紧。这是因为，接地环13与卡柱311之间设置有联动组件。具体地，在安装座1内开设“L”型第一竖槽12，接地环13位于第一竖槽12的水平段内，且接地环13的截面呈“十”字型，其上下两端抵接在第一竖槽12水平段的内壁上，从而对接地环13的水平运动进行限位，而水平弹簧131则水平固定在该上下两端与底座的内壁之间，当接地环13运动至第一竖槽12水平段的最左端时，水平弹簧131被拉伸，接地环13的右端仍有小部分凸出于绝缘层11，以更好地与硅基光传感器212接触导通。此外，在导向筒3内开设有平行于第一竖槽12的第二竖槽31，第一竖槽12竖直段的顶部与第二竖槽31的顶部通过横槽32连通，卡柱311设置在第二竖槽31内，第二竖槽31的大小与卡柱311的大小相同，有利于对卡柱311进入/离开卡槽221进行导向限位，避免歪斜。在第一竖槽12的竖直段内，设置有升降柱14，升降柱14的底部在靠近光纤束2的一侧设置为斜面，接地环13远离光纤束2的一侧也设置为斜面，这两个斜面相互配合，开设的角度之和为90°，从而可以将接地环13的水平运动与升降杆的竖直运动进行相互转换，升降柱14的大小与第一竖槽12竖直段的大小相同，从而对升降柱14的运动进行导向，避免歪斜。

在横槽32中，设置有连接升降柱14的顶部与卡柱311的顶部的杠杆321，当升降柱14向远离光纤束2的方向运动时，卡柱311则向靠近光纤束2的方向运动，当卡柱311向远离光纤束2的方向运动时，升降柱14则向靠近光纤束2的方向运动；也就是能实现，当手持套筒22***导向筒3内时，硅基光传感器212抵接到接地环13后，推动接地环13向光纤束2***的方向运动，造成升降柱14向远离光纤束2的方向运动，从而使卡柱311靠近光纤束2，进入到卡槽221内实现锁紧。当手持套筒22用力向外拔出时，卡柱311远离光纤束2，造成升降柱14向靠近光纤束2的方向运动，从而推动/弹力拉动接地环13向光纤束2拔出的方向运动。杠杆321的两端均通过铰链的方式与升降柱14或卡柱311连接，这样有利于实现升降柱14与卡柱311的相反运动。

卡柱311优选为对称分布的两个，因此上述的接地环13与卡柱311之间的联动组件也优选为两组，且对称分布，接地环13则呈一个围绕住光纤束2的环状，这是因为硅基光传感器212在柔性导电板21上是圆周阵列分布，且卡槽221在套筒22的外周壁上也开设有一圈，在***光纤束2时无需调整位置就可以实现任意位置卡柱311与卡槽221的配合，而对应的情况下，一圈硅基光传感器212也均能与接地环13抵接导通。

本发明还提出一种共聚焦内窥镜成像的自动补偿方法，包括以下步骤：

S1，参照图1，手持套筒22，***导向筒3内，直至硅基光传感器212的接地针脚2122与接地环13抵接，推动接地环13沿光纤束2的***方向运动，从而推动升降柱14远离光纤束2，进而通过杠杆321使卡柱311向光纤束2运动，进入卡槽221内将所述套筒22卡紧，并且，卡紧状态下，接地环13仍有一小部分凸出于绝缘层11，以更好地与接地针脚2122抵接。

S2，安装完毕后，对一标准腔体组织，在不同激发光功率强度(P₀、P₁、P₂、.....P_n....P_n+a)下获取不同亮度的组织图像，用不同强度的信号电流进行标定(对应为I₀、I₁、I₂、.....I_n....I_n+a)，对不同亮度图像进行拟合处理，建立像素亮度阈值图谱，如图5所示。

S3，光纤束2端部的一圈硅基光探测器212对物镜4与光纤束2之间进行实时的泄露光探测，当发生泄露时，不同的硅基光传感器212探测到的泄漏光功率强度不同，将不同硅基光传感器212探测到的泄漏光功率强度P’对应转化为泄漏电流信号A’输出，二者为线性对应关系。

S4，成像***接收到不同硅基光传感器212的泄漏电流信号A’，可以根据对应的硅基光传感器212的位置定位到发生泄露的具体光纤，然后取均值A，将其转化为可被成像***显示单元识别的缺损电流信号I，I＝kA，k为矫正因子，k＝P/Pa，P为不同硅基光传感器212的泄露光功率强度P’的均值，Pa为A在S1中像素亮度阈值图谱对应的输出功率强度。

S5，根据获得的缺损电流信号I对泄露的具体光纤进行补偿，从而对组织图像的暗区进行补偿；

S6，手持套筒22，用力拔出，当力度超过一定阈值时，卡柱311由于底部的斜面作用而向远离光纤束2的方向运动，通过杠杆321带动升降柱14靠近光纤束2，从而在升降柱14底部的斜面作用下以及水平弹簧131的作用下是接地环13向光纤束2拔出的方向一桶运动，待光纤束2拔出，硅基光传感器212的接地针脚2122远离接地环13，接地环13向靠近光纤束2的方向大部分凸出，以备下一次光纤束2***时重复本方法。

通过本方法将带有硅基光传感器212的光纤束2***到安装座1中，使得工作过程中，硅基光传感器212可以探测到光纤束2与物镜4之间的由于对焦失准等原因出现的泄露光，并将其转化为缺损电流信号I，从而有针对性地进行补偿，使得最终获得的图像均匀，无黑点或暗点，有利于提高诊断可靠性，减少漏诊误诊。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种共聚焦内窥镜成像装置，包括物镜和光纤束，所述物镜与所述光纤束之间通过安装座进行对焦，其特征在于，所述光纤束的周侧依次套设有柔性导电板和套筒，所述安装座靠近所述光纤束的一侧设置有绝缘层且于所述绝缘层上固定有与所述套筒配合定位的导向筒；

所述导向筒内活动设置有卡柱，所述套筒外周壁对应设置有卡槽，当所述接地针脚与所述接地环抵接时，所述卡柱向光纤束的方向运动，以进入所述卡槽内将所述套筒卡紧；

所述安装座内开设有第一竖槽，所述导向筒内开设有第二竖槽，所述第一竖槽与所述第二竖槽之间通过横槽连通，所述第一竖槽内设置有升降柱，所述卡柱设置在所述第二竖槽内，所述横槽内设置有连接所述升降柱和所述卡柱顶部的杠杆，以使所述升降柱和所述卡柱的运动方向相反；

所述升降柱的底部和所述接地环靠近所述升降柱的一侧设置为相互配合的斜面，以将所述接地环的水平运动转换为所述升降柱的竖直运动。

2.根据权利要求1所述的共聚焦内窥镜成像装置，其特征在于，所述卡柱的底部在所述导向筒轴向上的两个面为斜面。

3.根据权利要求1所述的共聚焦内窥镜成像装置，其特征在于，所述柔性导电板靠近所述安装座的一侧开设有一圈安装槽，所述安装槽靠近光纤束的一圈内壁设有凸起，所述安装槽内还填充有胶水，所述硅基光传感器通过所述胶水嵌设在所述柔性导电板内，所述信号针脚通过所述凸起与所述柔性导电板抵接。

4.根据权利要求3所述的共聚焦内窥镜成像装置，其特征在于，所述光纤束的周侧与所述套筒之间还套设有与所述柔性导电板抵接的导电环，所述柔性导电板通过所述导电环外接成像***。

5.根据权利要求1所述的共聚焦内窥镜成像装置，其特征在于，所述接地环与所述第一竖槽的内壁之间通过水平弹簧连接，所述接地环通过所述水平弹簧水平运动，以与所述接地针脚抵接/不抵接，其中，所述接地针脚与所述接地环抵接时，所述弹簧为拉伸状态；所述接地针脚与所述接地环不抵接时，所述弹簧为自然状态。

6.一种共聚焦内窥镜成像的自动补偿方法，其特征在于，用于对权利要求1所述的共聚焦内窥镜成像装置进行补偿，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的共聚焦内窥镜成像的自动补偿方法，其特征在于，S4中成像***接收到不同硅基光传感器的泄漏电流信号A’后，根据硅基光传感器的位置定位到发生泄漏的具体光纤。

8.根据权利要求7所述的共聚焦内窥镜成像的自动补偿方法，其特征在于，S4中成像***将泄漏电流信号A’转化为缺损电流信号I的具体步骤为：

将不同硅基光传感器的泄漏电流信号A’取均值A，I＝kA，k为矫正因子；

k＝P/Pa，P为不同硅基光传感器的泄露光功率强度P’的均值，Pa为A在像素亮度阈值图谱中对应的输出功率强度。