《电子镜系统构成及原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子镜系统构成及原理.doc（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子镜系统构成及原理 随着纤维内镜的不断改进和发展，美国伟伦（Welch Allyn）公司在1983年开发研制出电子内镜，并应用于临床，开创了内镜技术的电子时代。与纤维内镜不同的是，电子内镜远端安装有一个CCD，能捕捉内镜下图像使之成为电子信号，并将其显示在监视器屏幕上。由于电子内镜的图像非常清晰，色彩逼真，且可以供多人共同观察、会诊，又可以同步录像及图像采集存储，深受内镜工作者的欢迎，并已逐步取代纤维内镜。消化电子内镜系列包括上消化道和下消化道内镜，前者观察食管、胃及十二指肠，后者观察小肠、大肠。 电子内窥镜系统是由影像处理中心(主机)、冷光源、监视器加上各种用途的内镜而构成的一整套内镜平台
2、，这一平台的每一个部分的性能都决定着整体性能的高低。如今常见的内镜系统平台有：EVIS-LUCERA电子内镜系统(OLYMPUS)、EVIS-EXERA电子内镜系统(OLYMPUS)、V70电子内镜系统(OLYMPUS)、4400电子内镜系统（fujinon）、2200电子内镜系统（fujinon）、99电子内镜系统 （fujinon）。其中OLYMPUS最高档次的LUCERA系列采用的是顺次成像技术，而且系统采用了HDTV高清晰图象处理技术，是目前性能非常强大的内镜系统平台，常称之为260系列。EVIS-EXERA电子内镜系统(通常称为160)和V70电子内镜系统(通常称为V70)则是采用同
3、时成像技术的代表系统。 富士能公司的4400、2200、99系统均采用同时方式的成像原理，最高档次的4400系统同样具备HDTV的图像处理技术，同时还可以连接超级CCD的内镜。 电子内镜图像的优点是图像分辨率大为提高，可观察到粘膜表面的微细结构，有利于良恶性病变的鉴别，而近年流行的放大内镜和超声内镜更是提高早期癌诊断率的有力武器。一、电子内镜系统的成像原理 电子镜的基本原理是用电荷耦合器（CCD）取代纤维镜的导像束，并将光信号转为电信号，并在监视器上进行观察。二 电子内镜系统的结构（一）电子内镜 电子内镜系统中，电子内镜的结构较复杂，但其外部结构的名称和纤维内镜基本相同，所不同的地方在于以下几
4、点CCD及其传导电缆线代替了导像束；操作部的目镜没有了，增加了一些遥控按钮，这些遥控按钮用于操作固定图像、打印图片、测光调节等功能；光源接入部体积更大，内部装有电接口及内镜信息芯片等。1. 操作部的结构及功能，包括活检阀、吸引钮、注气注水钮、角度钮及角度固定钮。操作部有若干个遥控开关和图像处理中心联系，每个控制开关的功能在图像处理中心选择。 2. 先端部包括CCD、钳道管开口、送气送水喷嘴及导光窗。 3. 插入部包括两束导光纤维、两束视频信号线的CCD电缆、送气管、注水管、角度钮钢丝和活检管道。这些管道和导索的外面包以金属网样外衣，金属外衣的外层再加上一层聚脂外衣。 4. 弯曲部转动角度钮弯曲
5、部可向上、下、左、右方向弯曲，最大角度可达上180-210，下180，左160，右160。 5. 电子处理部包括导光纤维束和视频信号线和电子内镜先端部的CCD相连，和导光纤维一起经插入部及操作部，由电子内镜电缆和光源及图像处理中心耦合。此外，送气、注水管也包括在其中。 6. 连接部和纤维内镜不同，电子内镜连接部除有光源插头、水瓶接口外、还有视频接头。 7. 送气送水系统及吸引活检与纤维内镜相同，电子内镜光源内亦装有电磁气泵和送气送水管道相通，内镜和光源接头处有吸引嘴和负压吸引器相接。 与纤维内镜一样，电子内镜的插入管长度、直径、先端部等不同的结构，就构成了能够在不同部位使用的内镜，如电子胃镜的
6、长度为1米左右，外径通常小于10mm；电子结肠镜则需要1 .33米以上，外径通常在13mm左右，而电子小肠镜可以达到2米。（二）影像处理中心影像处理中心是将CCD接收的信号进行处理的设备，成像原理不同的内镜其影像处理中心也不同，不能互换连接和使用，在使用电子内镜时需要注意内镜和影像处理中心的匹配性，否则容易造成不必要的误操作。影像处理中心的内部结构及功能类似于日常使用的摄像机，许多操作时常用的功能，如测光模式、快门速度等均属于摄像机的范畴。目前，在医学领域里越来越注重影像的数字化处理和传输，医院经常需要将内镜的图像进行更有效地分析及保存，并且在院内甚至远程进行传输，因此对影像处理中心的数字化要
7、求更加严格。下面是几种常见的影像处理中心1. CV-260 成像方式RGB顺次成像 图像输出方式HDTV YPbPr输出；RGB输出等 内置图象处理功能适应型IHb(血色素指数)色彩强调等2.CV-145 成像方式同时成像 图像输出方式RGB输出；BNC,Y/C等 内置图象处理功能轮廓强调设定电子强调内镜图像中的轮廓。通过前面板上的ENH按键选择3挡强调模式1、2、3。用户预设功能可以设定ENH按钮是构造强调或轮廓强调。3.CV-70 此主机与普通主机不太一样，采用了主机、光源一体化的设计，因此使用此主机时不需再添加冷光源,内镜连接只需要一步操作就可。 成像方式同时成像 图像输出方式RGB输出
8、；BNC，Y/C等 内置图象处理功能轮廓强调下面以Olympus CV100的主机为例对影像处理中心的外部形状及功能键的做一简单的介绍： (1)瞬间快门(FASTSHUT)一般记录照片使用160s标准快门速度，但因内镜观察物是动态的，使用标准快门往往照出的照片发虚，选用瞬间快门可获得清晰的照片。 (2)测光切换(1RIS)有平均(EVERAGE)和高峰(PEAK)测光选择。一般情况下用平均测光观察，某些情况下如观察胃角时，选择高峰测光观察，使图像最明亮部的光线得到矫正，获得最佳曝光量。 (3)固定方式(FRZMODE)有FIELD和FRAME两种方式。一般FIELD用于获得动态图像，FRAME
9、方式增强垂直分辨率，用于获得静止图像。 (4)增感控制(AUTO GAIN CONTROL)较低光量情况下，应用增感控制可以增强图像的光亮度。 (5)白色自动制御(WHTBAL)提供迅速而简易的白色适正调节，以维持精确的彩色图像。 (6)色调水平平衡调合红色和蓝色色调。 (7)轮廓加重制御(ENH)有高、中、低三档，为轮廓或边缘的强调提供三种选择，有益于达到图像突出部更清晰的图像以及进行细节观察。 (8)第二图像(SUBSCRN)当图像被固定(FREEZE)时，第二图像出现在主图像的左下方，第二图像是活动的，便于操作者在观察静止图像时同时可以观察到即时的动态图像。 (9)录像机开关(VTR)用
10、以在磁带上录制监视的图像。 (10)图像打印机开关(PRINT)用以打印监视的图像。 (11)监视器图像来源(1MAGESOUCE)可供选择用以输出给监视器上的各种视频信号(RGB，YC，PAL)来源。YC输出能够提供S-VHS录像机最佳的图像。 (12)遥控功能显示板电子内镜操纵部有4个遥控按钮，哪一种功能被选中，便在此处显示出来。 (13)记录手段(1MAGERECORD)此键可选择最多4种静止图像照片手段(激光盘、磁盘、35mm胶片和编排装置)。此按钮不选择图像打印机。 (14)电源开关。（三）冷光源 冷光源内部需要关注的主要是灯泡和气泵。冷光源通常使用的灯泡为氙气灯泡和卤素灯泡，因这两
11、种灯泡在制作时增加了吸收红外线的涂层，可以减少热量的产生，故此被称为冷光源。氙气灯泡的色温接近太阳光，因此图像的色彩更显逼真，但价格昂贵；卤素灯泡价格便宜，但灯光颜色偏黄，色温较低，图像稍差。黑白CCD内镜必须配备氙气灯泡的冷光源，因其需要更高亮度的光线；彩色CCD内镜则可以选择氙气或卤素冷光源，可根据医院的使用情况进行产品的选择。气泵是完成内镜送水、送气的动力来源，在冷光源外部前面板都有气泵电源的开关，有些型号还提供了气泵大小的选择，如高档用于普通镜检，而低档用于儿童或消化道异常时的检查。冷光源的灯泡发光时会有较高的热量，所以过往冷光源和影像处理中心大多是独立的，随着冷光源散热系统的不断完善
12、，过热保护等技术的改进，许多一体化的主机应运而生，所以，主机光源是否分开设置已经不再是判别机器档次高低的标准。（四）监视器 监视器用于电子内镜的图像输出，它的好坏也直接影响到图像的质量。以往许多医院在选择监视器时都偏重于分辨率的高低，其实颜色的还原性更为重要，目前许多医院已经开始选择液晶监视器，而CRT监视器的色彩普遍比液晶监视器要好。另外，监视器在出厂时已经做了基准的调整，对电子内镜系统进行颜色的调整时，尽量不要调节监视器，而以影像处理中心的调节为主，减少不必要的误操作。（五）图像记录设备消化内镜的发展一、消化内镜的发展历史 内窥镜的发展阶段分为硬管式内窥镜、半软式内窥镜、纤维与超声内窥镜、
13、电子内窥镜、胶囊内镜等阶段，而消化内镜的发展仅仅只有百年的历史。1、硬管式内窥镜 1806年德国法兰克福的Bozzini制造了一种以蜡烛为光源的器具，由一花瓶状光源、蜡烛和一系列镜片组成，用于观察动物的膀胱与直肠内部结构，虽然未用于人体，Bozzini仍被誉为第一个内窥镜的发明人。1879年柏林泌尿外科医生Nitze制成了第一个含光学系统的内窥镜(即膀胱镜)，其前端含一个棱镜，该内窥镜仅被用于泌尿系统。几年后，第一个适用于临床的胃镜诞生了，它是一种硬式的胃窥镜，其结构是由3根管子呈同心圆状设置，中心管为光学结构，第二层管腔内装上铂丝圈制的灯泡和水冷结构，外层壁上刻有刻度反映进镜深度。2、半软式
14、内窥镜 随着光学系统的引入，硬管式内窥镜虽然得以不断地完善与发展，但由于消化道及许多器官多存在解剖上的生理弯曲，用硬管式内窥镜难以充分检查，半软式内窥镜应运而生。真正意义上的第一个半可屈式胃窥镜被称为Wolf-Schindler式胃镜，是在1932年创造发明的。Wolf-Schindler式胃镜的创制，开辟了胃镜检查术的新纪元。3、纤维与超声内窥镜 1954年英国的Hopkings及Kapany研究了纤维的精密排列，有效地解决了纤维束的图像传递，为纤维光学的实用性奠定了基础。在1957年由美国人Hirschowitz和他的研究组制成了世界上第一个用于检查胃、十二指肠的光导纤维内镜。在20世纪6
15、0年代，胃照相机、外部冷光源的发明，使得当时的内镜与现今使用的纤维内镜十分相近了。为了克服超声波本身对骨性及气体界面不易通过的特性，弥补体表探测时出现盲区及内镜检查的某些局限性，进一步提高深部脏器如胰腺、胆总管下端及肝门部病变的诊断率，20世纪80年代诞生了内镜、超声探测仪联合装置-超声内镜(Endoscopic Ulrtasonography ,EUS)超声内镜主要应用于以下三个方面:(1)诊断消化管粘膜下异常，如诊断粘膜下肿瘤及其浸润的深度等;(2)食管、胃、结直肠、胰腺及胆管癌的术前TNM分期诊断,(3)诊断胰腺内分泌肿瘤及胆管结石。4、电子内窥镜 1983年美国Welch Allyn公司研制并应用微型图像传感器(charge coupled device, CCD)代替了内镜的光导纤维导像术，宣告了电子内镜的诞生-内镜发展史上另一次历史性的突破。1984年在日本的DDW会上，富士公司发布声明，研制出日本国内第一套电子内镜。电子内窥镜主要由内镜(endoscopy)、电视信息系统中心(video information system center)和电视监视器(televisio monitor)三个主要部分组成，另外还配备一些辅助
