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      社科賽斯內窺鏡的技術分析與未來發展方向
      發布日期: 2015-11-9  瀏覽次數: 2499 次

      內窺鏡的歷史經歷了從硬性光學內窺鏡到光導纖維內窺鏡再到電子內窺鏡的過程。隨著半導體和計算機技術的飛速發展,1983年美國人首先發明了電 子內窺鏡并應用于臨床,被認為是內窺鏡發展史上的第三個里程碑。電子內窺鏡不是通過光學鏡頭或光導纖維傳導圖像,而是通過裝在內窺鏡先端被稱為微型攝像機 的光電耦合元件CCD將光能轉變為電能,再經過圖像處理器"重建"高清晰度的、色彩逼真的圖像。

      圖像質量的優劣直接影響著內窺鏡的使用效果,也標志著內窺鏡技術不斷提高、不斷完善的發展進程。電子內窺鏡的出現,使圖像質量提高到一個嶄新的水平,因此在工業上得到了越來越廣泛的應用。

      1、 圖像質量

      圖像質量是電子內窺鏡的本質和最重要的性能指標,也是用電子技術對圖像進行合成再處理的技術基礎,圖像質量可分為清晰度(分辨率,由像素數量決 定)、色彩還原性(逼真程度)和觀察的舒適性(圖像穩定性、對比度和亮度等)幾個方面。決定電子內窺鏡圖像質量的核心部件是光電耦合元件(CCD),它如 同電子內窺鏡的心臟,其基本構造是在對敏感的半導體硅片上采用高精度的光刻技術分割出數十萬個柵格,每一個柵格代表一個成像元素,像素數越多,圖像的分辨 率越高,畫面越清晰。

      CCD只能感受光信號的強弱,電子內窺鏡的彩色還原是通過在CCD的攝像光路中添加彩色濾光片,并對彩色視頻信號進行處理后獲得的。彩色濾光片的放置有以下兩種方式。

      (1)順次方式。將一塊帶有同樣面積的紅、綠、藍三種原色濾光片的圓盤置于照明光源前,當圓盤旋轉時,紅、綠、藍三種色光順次照射被射物 體,CCD攝像時所產生的三種強弱信號也依次有時間間隔地傳送并儲存在圖像處理器中。采用順次方式CCD的電子內窺鏡的優點是由于三色光分別照射,像素數 相當于原來的3倍,因而可提高分辨率,而且內窺鏡易于做得細且硬性部短,缺點是濾光盤高速旋轉引起的圖像閃爍,以及由于紅、綠、藍依次攝像引起的套色不準 而出現的彩虹現象。目前在中國市場上的電子內窺鏡都是采用像素分別為8.1萬和6.25萬的順次式黑白CCD。

      (2)同步方式。在CCD的受光面上鑲嵌原色和補色的濾光片,當白色光源照射到被射物體,由它發出的光作用到CCD時,由于鑲嵌式濾光片的作用 直接產生彩色信號,傳送并儲存在圖像處理器中。采用同步方式CCD的電子內窺鏡的優點是圖像清晰,亮度高,色彩還原性好,缺點是技術難度高。由于鑲嵌式濾 光片的置入,為縮小內窺鏡的直徑和縮短先端硬性部增加了技術難度。目前在中國市場上電子內窺鏡采用了像素為41萬的同步式彩色CCD,最高像素數達85 萬。

      根據以上分析,同步方式CCD的技術難度要高于順次方式CCD,但所獲得的圖像質量要明顯優于采用順次方式的CCD。目前采用同步方式CCD技術,具有857Y像素的電子內窺鏡處于世界領先水平,標志著電子內窺鏡技術的又一次飛躍。

      2、 視頻處理器

      視頻(圖像)處理器的作用是將電子內窺鏡CCD提供的模擬信號轉換為二進制代碼的數字信號,并可用多種方式記錄和保存圖像,如用錄像機錄制的方 式保存清晰的動態圖像;用35mm照相機在監視器圖像凍結的狀態下拍攝保存靜止圖像;用激光光盤記錄動態或靜止的圖像;用軟盤記錄靜止圖像等。

      3 、電子內窺鏡的構造

      CCD的大小、形狀和構造是決定內窺鏡粗細和先端硬性部長短的關鍵。在電子內窺鏡先端部安裝CCD的方法有兩種,一種是CCD的受光面垂直于物 鏡光軸方向,使CCD直接接受從物鏡射來的光,是一種最簡單的結構,在這種情況下,必須使用超小型的CCD,這樣可使先端的硬性部最短。另一種就是CCD 的受光面平行于物鏡光軸,物鏡射來的光通過一個900(的轉向棱鏡照射到CCD受光面上。這種方法可以使內窺鏡的先端部變細,但硬性部變長,而CCD的面 積可以擴大,CCD的像素數可大大提高。

      為了獲得更清晰、更精美的圖像質量,目前的電子內窺鏡逐漸趨向于采用第二種方法安裝CCD,這無疑在技術上增加了CCD的加工和工藝難度,隨著 電子內窺鏡技術的不斷改進和完善,高像素數CCD的體積會越做越小,滿足于工業需要的各種細徑電子內窺鏡應運而生,幾乎可涉及各個領域。同時,一些具有大 孔徑或雙孔道及抬鉗等特殊裝置的治療用電子內窺鏡的出現,再加上一系列配套輔助器械的研制與開發,為電子內窺鏡在應用開辟了廣闊的前景。



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