具有受控照明功能的耳镜的制作方法
【专利摘要】本发明题为“具有受控照明功能的耳镜”。本发明公开了一种设备，所述设备包括相机，所述相机具有物镜和成像阵列，所述物镜被配置成聚焦来自物体的光，所述成像阵列被配置成接收所聚焦的光，并响应于此，输出表示所述物体的图像的信号。所述设备还包括多个照明器，所述多个照明器围绕所述物镜排列并且被配置成照明所述物体；和处理器，联接所述处理器以响应于所述信号有区别地调节由所述照明器发射的相应光强度。
【专利说明】
具有受控照明功能的耳镜
技术领域
[0001]本发明整体涉及医疗视觉检测设备，具体地讲涉及控制用于此类设备的照明功會K。
【背景技术】
[0002]诸如耳镜的内窥镜需要光源以便进行操作。内窥镜和光源的多种不同组合是本领域已知的。
[0003]授予Mizuyoshi等人的美国专利申请2011/0077465(其公开内容以引用方式并入本文)描述了这样的医疗设备，该医疗设备包括插入单元和将光提供给插入单元的光源。插入单元的表面包括第一照射部分和第二照射部分，其中第一照射部分和第二照射部分中的每个具有发射光的一对照射窗。
[0004]授予Oberg等人的美国专利申请2006/0282009(其公开内容以引用方式并入本文)描述了用于测量鼓膜的物理特性的装置。本发明公开了一种装置，该装置包括第一组照明光纤，所述照明光纤中的每个的第一端连接到多个可单独控制的光源中的一者。
[0005]授予Wood等人的美国专利申请2013/0128223(其公开内容以引用方式并入本文)描述了一种手持式眼科检查器械，该手持式眼科检查器械采用了这样的照明系统，该照明系统提供来自第一光源的琥珀色光和来自第二光源的白光以照明所关注的目标。与照明系统配合工作的成像系统在通过光源进行照明时捕获所关注目标的数字图像。
[0006]以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本申请的组成部分，不同的是，就任何术语在并入文献中的这些以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义来讲，应仅考虑本说明书中的定义。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例提供设备，该设备包括:
[0008]相机，其包括:
[0009]物镜，其被配置成聚焦来自物体的光;和
[0010]成像阵列，其被配置成接收聚焦的光，并响应于此，输出表示物体图像的信号；
[0011 ]多个照明器，其围绕物镜排列并被配置成照明物体;和
[0012]处理器，联接该处理器以响应于信号有区别地调节由照明器发射的相应光强度。
[0013]通常，物体占据一定区域，并且照明器中的每个被配置成仅照明所述区域的相应局部部分。相应局部部分可以是对称的。或者，相应局部部分可以是非对称的。
[0014]在本发明所公开的实施例中，联接处理器以有区别地调节相应光强度，使得由阵列接收的聚焦光的强度的变化在预设范围内。
[0015]在另一个本发明所公开的实施例中，在处理器有区别地调节由照明器发射的相应光强度之前，处理器记录照明校准物体的所述多个照明器的校准数据，并在响应于信号调节由照明器发射的相应光强度中应用所述校准数据。
[0016]在另一个本发明所公开的实施例中，照明器被配置成发射白光。
[0017]在一个另选的实施例中，设备包括取向传感器，该取向传感器提供表不相机取向的感测信号，并且处理器被配置成响应于感测信号使屏幕上呈现的图像保持为固定对准。
[0018]设备可包括耳镜。
[0019]在另一个另选的实施例中，联接处理器以响应于信号调节由照明器发射的相应颜色。可联接处理器来调节相应的颜色，使得由阵列接收的聚焦光的颜色变化在预设范围内。
[0020]根据本发明的实施例，还提供了一种方法，该方法包括:
[0021]配置物镜以聚焦来自物体的光；
[0022]配置成像阵列以接收聚焦的光，并响应于此，输出表示物体图像的信号；
[0023]围绕物镜排列多个照明器，并且配置照明器以照明物体；以及
[0024]响应于信号有区别地调节由照明器发射的相应光强度。
[0025]结合附图，通过以下对本公开实施例的详细说明，将更全面地理解本公开，其中:
【附图说明】
[0026]图1为根据本发明实施例的示出耳镜系统的操作的示意图；
[0027]图2A和图2B分别为根据本发明实施例的耳镜远侧部分的示意性剖视图和示意性前视图；
[0028]图3为根据本发明实施例的示出如何通过光纤照明物体的示意图；
[0029]图4为根据本发明实施例的用于校准耳镜的步骤流程图；
[0030]图5为根据本发明实施例的用于在图1的系统中操作耳镜的步骤流程图；并且
[0031]图6为根据本发明另选实施例的用于在图1的系统中操作耳镜的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0032]_
[0033]明的实施例提供了这样的系统，该系统自动调节由用于内窥镜设备诸如耳镜的多个照明器提供的照明水平。通过提供这样的自动调节，系统能够补偿通过被设备观察的物体的亮度变化。每个照明器通常包括照射进相应光纤的光发射器。
[0034]多个照明器围绕相机的物镜排列，并且物镜被配置成将来自被观察物体的光聚焦到成像阵列上，通常是光感测像素的矩形阵列。所述阵列输出表示物体图像的信号，并且联接处理器以接收信号。通常，处理器使用信号来有区别地调节由照明器发射的相应光强度，以便均匀地照明物体。
[0035]在一些实施例中，照明器中的每个被配置成仅照明物体的相应局部部分，并且每个照明器所照明的局部部分被布置成不同的。通常，这种布置允许处理器调节来自不同照明器的光强度，以便改变物体上的局部照明，常常会使得物体看起来亮度更均匀。
[0036]在一些实施例中，照明器被配置成仅发射白光。在另选的实施例中，照明器被配置成发射白光或有色光，并且照明器所发射的颜色可以改变。在另选的实施例中，可以调节物体上的局部照明强度以及照明物体的局部颜色。通常，对局部彩色照明的调节可用于校正物体上明显的主要颜色失衡。
[0037]系统描述
[0038]现在参见图1，该图为示出了根据本发明实施例的耳镜系统20的操作的示意图。以举例的方式，在以下描述中，假定系统20内的耳镜22由独立的控制台24控制，并且假定来自耳镜的图像呈现在独立的屏幕26上。然而，应当理解，控制台24和屏幕26中的一者或多者可与耳镜22结合，例如作为单个独立的器械，并且对于这些情况，本领域的普通技术人员将能够调节【具体实施方式】，对其加以必要的变更。还应当理解，虽然耳镜系统20通常用于在耳内成像，但其也可用于对其他腔道成像，诸如喉咙或鼻腔通道。
[0039]操作者30(通常为医疗专业人员)操作耳镜系统，并且对控制台24进行全面控制。控制台包括中央处理器32，该中央处理器使用成像模块34和光纤控制模块36来执行操作耳镜系统所需的功能。这两个模块的功能将在下文进行更详细的描述。控制台22通常包括其它元件，例如允许操作者30与处理器32和模块通信的键盘或指向设备，以及用于存储控制耳镜操作的软件的存储器，但为简明起见，图中并未示出这类其它元件。例如，控制软件可以电子形式通过网络下载到处理器32，或者另选地或除此之外，所述软件可被提供和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光学存储器或电子存储器)上。
[0040]图2A和图2B分别为根据本发明实施例的耳镜22的远侧部分的示意性剖视图和示意性前视图。壳体40保持耳镜22的元件，所述元件包括相机44。相机44包括位于耳镜的远侧端部处的物镜46，以及成像阵列48，其被配置成接收物体的图像诸如耳的耳膜之类。物镜46和阵列48限定相机的光轴50并与之正交。图像通过物镜聚焦到阵列48上，并且所述阵列通常为电荷耦合装置(CCD)或CMOS(互补金属氧化物半导体)装置并且包括光感测像素的矩形阵列。缆线52将阵列48连接到成像模块34，从而允许模块为阵列提供驱动信号，以及响应于其接收的图像接收由阵列生成的电信号。模块34接收的图像显示在屏幕26上。
[0041 ]多个基本上类似的光纤60围绕物镜46和相机44，所述光纤在容纳物镜的壳体40的大致相同平面处终止于耳镜的远侧端部。通常，光纤位于一个层中并且围绕轴线50对称分布，但这并非必需。在一些实施例中，位于一个层中的光纤可以是紧密堆积的。以举例的方式，图2B示出了围绕物镜的位于一个层中的16个紧密堆积的光纤60。光纤终止于与物镜大致相同的平面处，如图2A所示。
[0042]每根光纤被配置成提供照明，所述照明在空间上部分覆盖通过阵列48成像的物体，并且来自每根光纤的照明都是可单独控制的。因此，在每个光纤60的近侧端部处都存在相应的光发射器64，通常为发光二极管(LED)，其通过通常被绑成单根缆线的相应缆线66联接到光纤控制模块36。每个光纤60可被配置成使得其近侧端部处于壳体40内。或者，近侧端部可被配置成处于另一位置，诸如位于控制台26内。
[0043]在一些实施例中，假定从每个发射器64发射的光为白光。在另选的实施例中，从每个发射器发射的光可为白光或有色光。在所有实施例中，每个光发射器64发射的照明强度由模块36控制，并且所述模块也能够打开或关闭每个光发射器。对于其中发射器颜色可变的实施例而言，模块36能够控制各个发射器的颜色，通常通过调节所发射光的红色、绿色和/或蓝色分量。每对光纤60和光发射器64在本文中也称为照明器68。
[0044]在一些实施例中，耳镜22包括取向传感器70，其被配置成提供表示相机44相对于处理器32的取向的感测信号。取向传感器的功能将在下文进一步描述。
[0045]图3为根据本发明实施例的示出如何通过照明器68照明物体80的示意图。假定受照物体80在纸平面内为大致平面的。如上所述，受照物体通过阵列48处的镜头46成像，使得物体80和阵列48位于镜头的共轭点处。附图示出了阵列48以矩形48’的形式投射到其在物体处的相应共轭点，使得该示意图也可被视为表示如何在阵列48处对物体80的不同受照部分成像。
[0046]来自照明器的每个光纤的照明大约投射为锥形，与纸平面相交为圆形。如图所示，来自具体光纤的给定圆形仅照明物体的局部区域。以举例的方式，可假定物体80包括具有大约1mm直径的耳膜，并且对于具有4:3尺寸比的典型C⑶阵列48而言，可假定矩形48’具有8mmX6mm的尺寸，以及1mm的对角线。假定投射在物体80处的照明圆形具有大约5mm的直径。对于16个光纤围绕物镜的上述例子而言，存在对应的直径各自为约5mm的16个圆形84，并且假定这些圆形围绕矩形48’的中心(S卩，围绕轴线50)对称布置。
[0047]上文提供的数值是纯粹出于举例说明的目的，并且应当理解，本发明的实施例不以任何方式被这些示例性数字限制。因此，本发明的实施例可具有任何适宜数量的围绕物镜的光纤，并且从每个光纤投射的光可具有与上文给定的圆形直径不同的尺寸，同时每个圆形仍然仅提供对受照物体的部分覆盖。另外，与光投射为圆形不同，光可以投射为其他图形，该图形可具有某种对称性，诸如投射为椭圆形或卵形，或可以不具有对称性，例如投射为完全不对称的图形。此外，光纤或来自其的光并非必须以对称方式分布。如将在下文所述图4的流程图中显而易见的是，这些以及其它点用于对耳镜22进行校准。
[0048]图4为根据本发明实施例的用于校准耳镜22的步骤流程图。校准过程在每个照明器68通过阵列48成像时将来自每个照明器的照明映射在校准物体上，在本文中假定为白色屏幕。
[0049]在设置步骤100中，安装耳镜22，使得白色屏幕位于距耳镜的远侧端部预定距离处，并且正交于轴线50。通常，所述预定距离基于耳镜的预期用途，因此如果耳镜用于检查耳膜，则该距离在一定程度上小于耳道的长度，即约20mm。在该校准过程中，所有实施例的发射器64均被设置为仅提供白光。
[0050]在校准步骤102中，除了一个发射器未被关闭，光纤控制模块36关闭照明器68的其它全部发射器64。对于可操作的一个照明器而言，模块更改照明器发射的光强度的值，通常通过将不同的电势施加到光发射器。
[0051]针对施加到单个“打开的”发射器的每个电势，S卩，针对来自照明器的光强度I的每个相应值而言，阵列46获取屏幕上的图像，并且模块36记录阵列的每个像素(x，y)处的亮度水平L的值。基于所记录的值，处理器32和模块36形成一定的关系，在本文中假定包括矩阵[M]，从而将每个像素针对不同强度I的亮度水平相关联，根据式(I):
[0052][(x，y，L)] = [M].[I] (I)
[0053]式(I)表示用于选定照明器68及其对应光纤的校准公式。
[0054]如调节步骤104所示，针对耳镜中的每个照明器68，处理器32和模块36重复校准，所述照明器包括光纤及其耦合的光发射器。该反复形成公式组(2)，使得对于每个发射器/光纤组合而言，处理器32形成并记录矩阵[M]。
[0055][(x,y,L)]n=[M]n.[I]n (2)
[0056]其中η为给定发射器/光纤组合的标识符。
[0057]一旦完成步骤104中的反复，流程图继续至最终的均匀照明步骤106。在步骤106中，处理器32分析矩阵[M]n，并设置每个发射器的电势，使得所提供的总体照明是均匀的。换言之，使得当照明器68照明白色校准屏幕时，针对给定的平均亮度水平，在阵列46上形成的总体水平变化，即阵列像素的亮度值变化处于亮度水平的预设范围内。如有必要，处理器调节每个发射器的电势以使其与亮度水平的预设范围一致。所述变化可通过本领域中已知的任何方法测得，诸如通过亮度值的方差，或通过最大亮度值和最小亮度值之间的差值测得。
[0058]针对给定的平均亮度水平，通过分析可得到单独和分别施加至每个发射器64的电势的处理器查找和记录设置。针对不同的平均亮度水平，处理器可重复发射器设置的查找。另选地或除此之外，处理器可使用针对给定的平均亮度水平查找的设置来估计其它平均亮度水平的设置。
[0059]校准过程流程图的审核表明，所述校准基本上适用于光纤60的任何布置方式，并且基本上适用于通过光纤投射的图形的任何布置，因为校准过程映射了每个发射器64的相应照明区域。
[0060]图5为根据本发明实施例的用于在系统20中操作耳镜22的步骤流程图。流程图针对通过图4的校准过程得到的每个发射器/光纤组合应用校准矩阵。流程图假定耳镜的发射器被配置成仅发射白光。
[0061]在设置步骤150中，操作者30将耳镜22插入到耳中。通常，在插入之前，针对由操作者30选择的平均亮度水平，处理器32最初根据在校准流程图的步骤106中确定的电势值设置每个发射器64的强度水平，S卩，使得总体照明是均匀的。另外，操作者30可以设置图像亮度变化的可接受水平。由于物体中的期望结构被成像，因此，这种可接受水平通常不同于用于耳镜校准的亮度值的预设范围。可以例如根据待成像的期望物体来确定变化的可接受水平。另选地，操作者可通过其他方法来确定变化的接受水平，诸如使用先前通过耳镜成像得到的结果，而无需进行过度的实验。
[0062]在操作步骤152中，在插入耳镜之后，阵列46获取被照明的物体的图像。应当理解，由于物体通常具有结构，并由此不同于在校准过程中使用的基本上均匀的白色屏幕，因此，所获取图像的像素的亮度水平变化通常不同于校准过程的步骤106中所使用的预设范围。
[0063]在分析步骤154中，处理器分析所获取图像的像素的亮度水平。在决定步骤156中，如果水平范围处于在步骤150中设置的可接受水平之内，则不采取任何操作，并且流程图返回步骤152以获取另一图像。如果决定步骤156返回的水平范围在可接受水平之外，则在调节步骤158中，处理器有区别地调节照明器的强度。为实现有区别地调节，处理器使用在图4的校准过程中记录的矩阵来确定将由照明器68提供的新强度，同时保持由操作者在步骤150中选择的平均亮度水平。然后，处理器相应地单独和有区别地调节施加至照明器的电势。如箭头160所示，步骤158、154和156可以反复地执行。
[0064]例如，如果所获取图像的左侧是暗和远的，而右侧是亮和近的，则处理器增加照明器68提供的照明物体左侧的强度，同时减少照明器68提供的照明物体右侧的强度。处理器更改强度以便保持所选的平均亮度水平。
[0065]在流程图实施中生成的图像呈现在屏幕26上。在包括取向传感器70(图1)的实施例中，处理器32可使用由传感器提供的感测信号来固定屏幕26上的图像的对准，而与耳镜22的取向无关。
[0066]图6为根据本发明的另选实施例的用于在系统20中操作耳镜22的步骤流程图。流程图假定耳镜的发射器被配置成发射白光或有色光。与图5的流程图相比，图6的流程图针对通过图4的校准过程得到的每个发射器/光纤组合应用校准矩阵。
[0067]设置步骤200基本上如上文的设置步骤150所述，不同的是除此之外，操作者30可以设置图像的颜色变化的可接受水平。可以例如根据待成像的期望物体来确定颜色变化的可接受水平。另选地，操作者可通过其它方法来确定颜色变化的接受水平，诸如使用先前通过耳镜成像得到的结果，而无需进行过度的实验。
[0068]在设置步骤200中，在插入耳镜之前，针对由操作者30选择的平均亮度水平，处理器32最初将每个发射器64设置为发射白光，并根据在校准流程图的步骤106中确定的电势值设置每个发射器64的强度水平，S卩，使得总体照明是均匀的。
[0069]步骤202、204、206和208基本上分别如上文图5的流程图的步骤152、154、156和158所述。然而，如果步骤206返回正值，使得图像亮度变化处于可接受的范围内，则调用以分析步骤212开始的另外一组步骤来检查所获取图像的颜色变化。
[0070]在分析步骤212中，处理器分析所获取图像的像素的颜色变化。在决定步骤214中，如果变化处于在步骤200中设置的可接受水平之内，则不采取任何操作，并且流程图返回步骤202以获取另一图像。
[0071]如果决定步骤214返回的水平范围在可接受水平之外，则在调节步骤216中，处理器调节照明器的颜色。为实现颜色调节，处理器分析阵列像素的颜色值，通常以对应于在图4校准过程中确定的发射器64的映射区域为基础。通过分析，处理器可以决定是否增加、减少由给定的发射器64发射的颜色，或使其保持不变。然后流程图的过程基于重复而返回步骤 212。
[0072]例如，如果阵列左侧具有强的红色元素，通常由血液渗出导致，则处理器可以减少有效发射到阵列左侧的发射器64的红色值。处理器也可增加有效发射到阵列右侧的发射器64的红色值。用于对处于可接受水平之外的颜色水平进行补偿的其他类型的调节，如决定步骤214返回的调节，对于本领域的普通技术人员将是显而易见的，并且所有此类调节均包括在本发明的范围之内。
[0073]虽然上文的描述一般是指耳镜，但应当理解，本发明的范围也适用于其他内窥镜设备，诸如鼻镜或结肠镜。
[0074]因此应当理解，上述实施例均以举例的方式引用，并且本发明不受上文具体示出和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。
【主权项】
1.一种设备，包括: 相机，所述相机包括: 物镜，所述物镜被配置成聚焦来自物体的光;和 成像阵列，所述成像阵列被配置成接收所聚焦的光，并响应于此，输出表示所述物体的图像的信号； 多个照明器，所述多个照明器围绕所述物镜排列并且被配置成照明所述物体;和 处理器，联接所述处理器以响应于所述信号有区别地调节由所述照明器发射的相应光强度。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述物体占据一定区域，并且其中所述照明器中的每个被配置成仅照明所述区域的相应局部部分。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述相应局部部分是对称的。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述相应局部部分是非对称的。5.根据权利要求1所述的设备，其中联接所述处理器以有区别地调节所述相应光强度，使得由所述阵列接收的所述聚焦光的强度的变化在预设范围内。6.根据权利要求1所述的设备，其中在所述处理器有区别地调节由所述照明器发射的所述相应光强度之前，所述处理器记录照明校准物体的所述多个照明器的校准数据，并在响应于所述信号调节由所述照明器发射的所述相应光强度中应用所述校准数据。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述照明器被配置成发射白光。8.根据权利要求1所述的设备，并且所述设备包括取向传感器，所述取向传感器提供表示所述相机的取向的感测信号，并且其中所述处理器被配置成响应于所述感测信号使屏幕上呈现的所述图像保持为固定对准。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括耳镜。10.根据权利要求1所述的设备，其中联接所述处理器以响应于所述信号调节由所述照明器发射的相应颜色。11.根据权利要求10所述的设备，其中联接所述处理器以调节所述相应颜色，使得由所述阵列接收的所述聚焦光的颜色变化在预设范围内。12.一种方法，包括: 配置物镜以聚焦来自物体的光； 配置成像阵列以接收所述聚焦光，并响应于此，输出表示所述物体的图像的信号； 围绕所述物镜排列多个照明器，并且配置所述照明器以照明所述物体；以及 响应于所述信号有区别地调节由所述照明器发射的相应光强度。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述物体占据一定区域，并且其中所述照明器中的每个被配置成仅照明所述区域的相应局部部分。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述相应局部部分是对称的。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述相应局部部分是非对称的。16.根据权利要求12所述的方法，并且所述方法包括有区别地调节所述相应光强度，使得由所述阵列接收的所述聚焦光的强度的变化在预设范围内。17.根据权利要求12所述的方法，并且所述方法包括在有区别地调节由所述照明器发射的所述相应光强度之前，记录照明校准物体的所述多个照明器的校准数据，并在响应于所述信号调节由所述照明器发射的所述相应光强度中应用所述校准数据。18.根据权利要求12所述的方法，其中所述照明器被配置成发射白光。19.根据权利要求12所述的方法，并且所述方法包括提供感测信号，以及响应于所述感测信号使屏幕上呈现的所述图像保持为固定对准，所述传感器信号表示相机的取向，所述相机包括所述物镜和所述成像阵列。20.根据权利要求12所述的方法，并且所述方法包括响应于所述信号调节由所述照明器发射的相应颜色。21.根据权利要求20所述的方法，并且所述方法包括调节所述相应颜色，使得由所述阵列接收的所述聚焦光的颜色变化在预设范围内。
【文档编号】A61B1/04GK105919546SQ201610108509
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】A.戈瓦里, Y.埃普拉斯, V.格林尔, C.T.比克勒
【申请人】韦伯斯特生物官能(以色列)有限公司