基于超微马达的医用内窥监视系统研究

　　1　引言

　　医用内窥镜是利用光导纤维和透镜组,使医生能直接观察到病人体内的病灶,并利用微型医疗器械进行诊断和手术的一种重要仪器,在临床上使用非常普及,有直肠镜、胃镜、膀胱镜及喉镜等许多品种。近年来,随着光学和电子技术的不断发展,内窥镜的结构和功能也日新月异,出现了各种各样的硬管、软管内窥镜。

　　内窥镜的主要部分是检测导管,因为检测导管直接进入人体体内,其性能的优劣将直接影响检查的效果和对病人体内软组织损伤的程度,因此,如何在保证检测导管获得优良图像信息的前提下,使可观察的范围最大且损伤最小就成为内窥镜研究的一个方向。目前主要是通过应用柔性光导纤维来扩大内窥镜视野,在这种方法下内窥镜前端导管的活动范围是受限的,弯曲程度的有限也限制了观察的视野,而且要求操作者具有较高的技巧和丰富的操作经验以保证安全。

　　为了解决这个问题,研制了1mm微马达作为主要执行器,设计了一套内窥镜诊疗系统。整个系统的结构组成如图1所示,它采用易于加工制造的硬管内窥镜,并在其前端目镜外加装一片与硬管内窥镜主光轴呈45°的棱镜,由一个微型马达驱动使其作360°低速旋转,利用微型计算机的高速处理能力,采取分时采集、同屏显示的思路,马达每转动60°或90°采集一帧图像,通过软件编程使马达转过一周时采集到的6幅或4幅图像经处理后同屏显示于显示器上,实现前端操作的自动化,该方法避免了现有内窥镜在人体内往往需要作整体旋转或镜头部作大幅度摆动,同时采用光纤传输图像保证了成像清晰,在保证检查效果的前提下减少了对人体内部软组织的损伤几率,缓解了病人的诊疗痛苦。

　　2　系统硬件组成的整体分析

　　将系统的硬件分成两个部分:内窥镜检测导管和图像采集监控。内窥镜检测导管部由检测导管、内窥镜前端的光学反射镜及其驱动源———直径为1mm的电磁型微马达和它的驱动控制电路组成。图像采集监控部分主要由CCD摄像机、图像采集卡、计算机主机和显示器组成。在CCD摄像机的前端装有一个特制的卡具,将硬管内窥镜后端紧紧卡住,使内窥镜目镜内的图像直接传入CCD摄像头。

　　2·1　检测导管前端结构设计

　　实际的检测导管前端结构设计中,在检测导管前端装了一个2mm×2mm的光学反射镜,并由电磁型微马达直接驱动反射镜作360°可控旋转,从而间接扩大了硬管内窥镜前端物镜的观察视场,具体的结构如图2所示。

　　由图可知,硬管内窥镜检测导管系统由专用光源及电源、一根导光用光纤和硬管内窥镜组成。硬管内窥镜后端侧面有一导光口,光纤通过专用接口与此导光口相连,并将专用光源产生的光送入内窥镜中。内窥镜外形为圆柱状,中间为图像传输通道,外侧为光路传输通道。前端物镜由一组透镜组成,在此物镜外侧沿内窥镜检测导管管壁安装了一个圆柱形有机玻璃管,将微马达固定安装于玻璃管的顶部,而2mm×2mm光学反射镜则被紧紧地粘贴在微型马达的转子主轴上。