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社科赛斯内窥镜的技术分析与未来发展方向
发布日期: 2015-11-9  浏览次数: 298 次

内窥镜的历史经历了从硬性光学内窥镜到光导纤维内窥镜再到电子内窥镜的过程。随着半导体和计算机技术的飞速发展,1983年美国人首先发明了电 子内窥镜并应用于临床,被认为是内窥镜发展史上的第三个里程碑。电子内窥镜不是通过光学镜头或光导纤维传导图像,而是通过装在内窥镜先端被称为微型摄像机 的光电耦合元件CCD将光能转变为电能,再经过图像处理器"重建"高清晰度的、色彩逼真的图像。

图像质量的优劣直接影响着内窥镜的使用效果,也标志着内窥镜技术不断提高、不断完善的发展进程。电子内窥镜的出现,使图像质量提高到一个崭新的水平,因此在工业上得到了越来越广泛的应用。

1、 图像质量

图像质量是电子内窥镜的本质和最重要的性能指标,也是用电子技术对图像进行合成再处理的技术基础,图像质量可分为清晰度(分辨率,由像素数量决 定)、色彩还原性(逼真程度)和观察的舒适性(图像稳定性、对比度和亮度等)几个方面。决定电子内窥镜图像质量的核心部件是光电耦合元件(CCD),它如 同电子内窥镜的心脏,其基本构造是在对敏感的半导体硅片上采用高精度的光刻技术分割出数十万个栅格,每一个栅格代表一个成像元素,像素数越多,图像的分辨 率越高,画面越清晰。

CCD只能感受光信号的强弱,电子内窥镜的彩色还原是通过在CCD的摄像光路中添加彩色滤光片,并对彩色视频信号进行处理后获得的。彩色滤光片的放置有以下两种方式。

(1)顺次方式。将一块带有同样面积的红、绿、蓝三种原色滤光片的圆盘置于照明光源前,当圆盘旋转时,红、绿、蓝三种色光顺次照射被射物 体,CCD摄像时所产生的三种强弱信号也依次有时间间隔地传送并储存在图像处理器中。采用顺次方式CCD的电子内窥镜的优点是由于三色光分别照射,像素数 相当于原来的3倍,因而可提高分辨率,而且内窥镜易于做得细且硬性部短,缺点是滤光盘高速旋转引起的图像闪烁,以及由于红、绿、蓝依次摄像引起的套色不准 而出现的彩虹现象。目前在中国市场上的电子内窥镜都是采用像素分别为8.1万和6.25万的顺次式黑白CCD。

(2)同步方式。在CCD的受光面上镶嵌原色和补色的滤光片,当白色光源照射到被射物体,由它发出的光作用到CCD时,由于镶嵌式滤光片的作用 直接产生彩色信号,传送并储存在图像处理器中。采用同步方式CCD的电子内窥镜的优点是图像清晰,亮度高,色彩还原性好,缺点是技术难度高。由于镶嵌式滤 光片的置入,为缩小内窥镜的直径和缩短先端硬性部增加了技术难度。目前在中国市场上电子内窥镜采用了像素为41万的同步式彩色CCD,最高像素数达85 万。

根据以上分析,同步方式CCD的技术难度要高于顺次方式CCD,但所获得的图像质量要明显优于采用顺次方式的CCD。目前采用同步方式CCD技术,具有857Y像素的电子内窥镜处于世界领先水平,标志着电子内窥镜技术的又一次飞跃。

2、 视频处理器

视频(图像)处理器的作用是将电子内窥镜CCD提供的模拟信号转换为二进制代码的数字信号,并可用多种方式记录和保存图像,如用录像机录制的方 式保存清晰的动态图像;用35mm照相机在监视器图像冻结的状态下拍摄保存静止图像;用激光光盘记录动态或静止的图像;用软盘记录静止图像等。

3 、电子内窥镜的构造

CCD的大小、形状和构造是决定内窥镜粗细和先端硬性部长短的关键。在电子内窥镜先端部安装CCD的方法有两种,一种是CCD的受光面垂直于物 镜光轴方向,使CCD直接接受从物镜射来的光,是一种最简单的结构,在这种情况下,必须使用超小型的CCD,这样可使先端的硬性部最短。另一种就是CCD 的受光面平行于物镜光轴,物镜射来的光通过一个900(的转向棱镜照射到CCD受光面上。这种方法可以使内窥镜的先端部变细,但硬性部变长,而CCD的面 积可以扩大,CCD的像素数可大大提高。

为了获得更清晰、更精美的图像质量,目前的电子内窥镜逐渐趋向于采用第二种方法安装CCD,这无疑在技术上增加了CCD的加工和工艺难度,随着 电子内窥镜技术的不断改进和完善,高像素数CCD的体积会越做越小,满足于工业需要的各种细径电子内窥镜应运而生,几乎可涉及各个领域。同时,一些具有大 孔径或双孔道及抬钳等特殊装置的治疗用电子内窥镜的出现,再加上一系列配套辅助器械的研制与开发,为电子内窥镜在应用开辟了广阔的前景。



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