思脉得医疗 | 医用内窥镜摄像系统探秘：光学成像系统全解析

本期导读

医用内窥镜是一种带有光源的管道,它能够通过人体自然腔道或者微创手术的小切口进入人体内部,从而帮助医生进行疾病诊断或者协助手术操作。当前,医用内窥镜系统主要由内窥镜镜体、图像处理中心以及监视器这三大模块构成,是融合了传统光学、现代电子、软件算法、人体工程学、精密机械等多学科知识的精密检测仪器。在微创诊疗时代,内窥镜作为最为重要的发展方向之一,无论从技术发展、临床需求还是政策引导等方面来看,都值得市场持续予以关注。

图像传感器

图像传感器作为摄像系统的关键器件之一,可分为光导摄像管和固态图像传感器两种类型。而固态图像传感器又进一步分为电荷耦合器件图像传感器(CCD)和互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS)。这两种图像传感器均通过将光信号转换为电信号的工作原理来实现其功能。

在电子内窥镜中,图像传感器位于摄像系统的前端;而在硬管式内窥镜和光学纤维内窥镜中,图像传感器则位于后端手柄处。它们之间的主要对比情况如下:

二者在性能特点、成本等方面各有优劣,共同为内窥镜的图像采集提供支持。

光学成像系统

光学成像系统是三大种类内窥镜的共有部分,也是荧光电子内窥镜必不可少的组成部分。它由一组镜片组成,镜片材料通常为玻璃或者人工树脂。光学成像系统承担着将待拍摄的画面呈现在 CMOS 或 CCD 上的重要任务。

电子镜结构图片来源网络

光学成像系统的主要参数包括视场角、视野、通光孔径、分辨率和景深等。

视场角

是指物体图像的入射光线最先通过物镜玻璃进入物镜后平行传导,此时进入物镜的入射光线和水平线的夹角,即视角(DOV,Direction Of View)。内窥镜视角一般有 0°、12°、30°、70°、90° 等。

医用的电子内窥镜和光学纤维内窥镜的前端均可弯曲,但光学纤维内窥镜由于光纤易断裂,与金属做成的电缆相比,韧性远远不足。医用电子内窥镜的最大弯曲角度为 270°,当光学系统的视场角为 90° 时,即可保证观察无盲区。

视野(FOV,Field Of View)

是指物镜可以观察到的范围,称为视野。内窥镜视野范围一般分为广角和标准角。不同的视野范围适用于不同的检查场景,为医生提供更全面的观察视角。

图片来源公众号雪力

通光孔径

通光孔径的大小对光学成像系统的景深和采光能力有着重要影响。通光孔径越大,光学成像系统的采光能力则越强,图像越明亮清晰,所需要的光源照明亮度则越低。然而,通光孔径增大的同时,系统的景深则会变小。

光学成像系统分辨率

光学成像系统分辨率是指 “物” 在经过光学系统后的 “像” 在细节上能被分辨的最小距离。大于这个距离的两个像点就能被识别为两个点,而小于这个距离的两个点经过光系统后就会被识别为一个点。图像传感器的光学分辨率是用每毫米上可以分辨的黑白线对数来表示,即每毫米的宽度上,有多对像元。需要注意的是,我们常规了解的图像分辨率是单位距离内的像用多少个像素来显示。

分辨率板A型

例如,智能手机相机使用的微型图像传感器的像素高达 2000 万甚至 4000 万,但从拍摄效果来看,摄影爱好者依然经常手持单反拍摄而不是手持手机拍摄。其主要原因就在于,手机相机所匹配的光学成像系统的镜头模组,分辨率是达不到对应图像传感器的光学分辨率的。所以,决定整个相机拍摄的分辨率的关键在于光学成像系统。

从“成像”到“失真”图片来源网络只做科普用

景深

即景物的影像的清晰深度,它是光学系统可以清楚观察到的从近到远的一段距离。在这段距离内,场景中的物体不论是移近镜头,还是移向远处,都能够形成清晰的图像。合理的景深设置能够让医生在检查过程中更好地观察不同距离的病变部位,提高诊断的准确性。

思脉得医疗科技

作为医疗器械CDMO领域的先锋,思脉得致力于将最前沿的科技成果转化为实际的临床应用。内窥镜便携式成像系统是集先进光学技术、电子成像技术、数据处理与传输技术等于一体的高科技设备。它运用先进光学技术,获取清晰的人体内部图像;通过电子成像技术将光学信号转换为电子信号进行采集、处理和显示;还配备数据管理系统,方便存储、检索和分析检查数据及图像。其设计注重便携性,结构紧凑、材料轻巧,方便在不同场景使用,操作简便,能快速上手,为医疗检查提供了极大的便利,助力医生更准确地诊断疾病。

医用光学领域OEM/ODM解决方案

内窥镜便携式成像系统

一次性使用电子内窥镜

内窥镜光学性能检测平台