专利名称：医用3d影像手术显微镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及手术显微镜的成像技术。
背景技术：
手术显微镜的产生和手术水平的提高形成了一门崭新的学科一显微外科。显微外 科应用手术显微镜进行精细的手术(如小血管的对接缝合)，被广泛地应用于眼科、耳鼻喉科、外科、妇科、整形外科中。传统的手术显微镜是双目体视显微镜，直接观察时有立体感，以保证手术精确顺利。放大倍数I. 6 80倍可变，有足够大的工作距离(9cnT40Cm)，物镜视场较大(通常15mnT40mm)。现代手术显微镜上装有电视图像系统，又称为显微外科电视系统。手术显微镜结构形式很多，手术显微镜的组成由观察系统、照明、支架及照相、电视摄像显示系统组成。其中观察系统有两支独立的光路以一定的夹角对物体成像，所以从两个目镜观察到的是立体像。照相机或电视摄像系统通过光学接口与手术显微镜相连，在电视监视器上显示手术情况，可供多人共览、会诊、教学科研及录像机记录存档。显微镜应用于生物医学领域已有几百年的历史，但直接将显微镜用于外科手术则是1925年以来的事。这是因为一般生物显微镜的工作距离短，视场小，无法直接用于手术；再加之过去的外科手术多为宏观性，医生凭肉眼即可胜任。随着医学的发展，对医生提出了进行精细手术的要求，这种要求促进了显微镜技术的研究和手术显微镜的产生。手术显微镜(OperationMicroscope)的产生,使医生能够看清手术部位的精细结构，可以进行凭肉眼无法完成的各种显微手术，大大拓展了手术治疗范围，提高了手术精度和病人愈合率。现在，手术显微镜已成为一种常规医疗设备，主要供医院临床各科室进行手术与检查使用。按手术部位划分，手术显微镜可以分为眼科、耳鼻喉科、外科、妇科、整形外科、显微外科等数种，也有一些手术显微镜属通用型，配属的附件较多，组合后可供各科使用；按外部形状划分，可分为移动式和固定式2种，其中，移动式有立柱式和夹持式，固定式有悬吊式、墙式及桌式等。I.手术显微镜的基本结构
一台手术显微镜大致由四部分组成观察系统、照明系统、支架系统、显示和记录系统。(I)观察系统
为了成立体像，必须有2支独立的光路以一定的夹角对物体成像，在一般手术显微镜中的观察系统实质上是一可变倍双目体视显微镜。观察系统包括大物镜、变倍系统、分光器、接目物镜、转向棱镜及目镜。一台手术显微镜配有数种物镜和目镜，因此有不同的焦距，它们和变倍组件相配合可得到不同的放大倍率。在手术时，经常需要助手配合，因此观察系统经常设计成双人双目的形式，供医生和助手同时使用；(2)照明系统
手术显微镜的照明方式分为内照明和外照明2种。内照明的照明光束由显微镜本体内射出，由安置在手术显微镜横臂内的冷光源、光缆及部分光学件所组成，适合小孔深部照明手术。外照明常用于某些特殊需要(如眼科裂隙照明)或进行辅助照明，它的照明系统常安装在显微镜本体上，照明光束倾斜射向手术部位。现代许多高级手术显微镜常同时具有内、外照明2套系统。近年来手术显微镜均采用冷光源。这种光源有足够大的物面照度，且光中没有红外成分，因此热量小，对手术面影响小，故称为冷光源。为了减轻观察系统的质量，冷光源常安置在手术显微镜的立柱或横臂内，由导光纤维将光线引至物镜处；
(3)支架系统
高质量的手术显微镜一般配有复杂的机械系统来固定和操纵，以保证能够快速、自如灵活地将观察和照明系统移到必要位置。支架系统包括底座、立柱、横臂、水平XI -Y移动器及脚控板等。横臂一般设计成2组，目的是使观察显微镜在尽可能大的范围内能够迅速移至手术面上空；水平X-Y移动器则可将显微镜精确定位于所要求的位置。脚控板除控制显 微镜上下左右移动调焦外，还可进行显微镜调倍组件放大倍率的变换。在立柱内柱都设有平衡锤，目的是与横臂、水平)(-Y移动器以及显微镜等保持平衡；
(4)显示和记录系统
随着现代医疗仪器的发展，许多手术显微镜配上了照相机、电视摄像显示器及录像机。手术显微镜的电视显示系统包括摄像头、转换器、光学接口和显示器等，用光学接口将显微镜和CCD摄像头相连，可使手术情况在电视监视器上直接显示出来，供多人同时在监视器上观察手术情况，适用于教学、科研及临床会诊。近年来各厂家生产的手术显微镜均配有这一系统以供选购。为了保存资料，常用照相机将所需的手术画面拍摄下来，因此，许多手术显微镜中安装了分光器，从显微镜的光路中用分光器引出有关成像光线，并通过专用接口与照相机相连以供记录。当录像机与电视摄像机相连时，可在磁带上记录整个手术过程。但现有技术在图像上，只能呈现出平面效果的图像(也就是2D图像)。(I)这给手术过程中会诊、医生手术判断，手术操作或助手医生手术判断，手术操作带来很大风险；(2)这给手术医生带来的劳动强度和精神压力也很大，因手术医生或助手医生必须使用双目对准目镜来完成手术，在手术过程，医生眼睛不能离开目镜，这种观察系统医生必须全神惯注一直注视着目镜，造成医生的眼睛容易疲劳，长时间手术，神经紧崩，精神压力过大，这样造成误诊的机率也更大。(3)这给医疗事故争端，教学科研及录像机记录存档也带来不清晰或无法判断等现象。现有技术上，观察系统复杂且让手术医生操作上更加困难，劳动强度大，精神压力大，而且让设备更加重，使手术过程操作不太方便。
发明内容
本发明的目的在于提出一种医用3D影像手术显微镜系统，其能解决手术风险大的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下
医用3D影像手术显微镜系统，其包括以下部件手术显微镜，用于输出三条光路，分别为第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均为手术区域内的光信号，第三光路为手术区域内及手术区域外的光信号；第一光学接口，用于将第一光路导入给第一图像传感器；
第一图像传感器，用于将第一光路转换为第一电信号，并传输给视频处理器；
第二光学接口，用于将第二光路导入给第二图像传感器；
第二图像传感器，用于将第二光路转换为第二电信号，并传输给视频处理器；
第三光学接口，用于将第三光路导入给第三图像传感器；
第三图像传感器，用于将第三光路转换为第三电信号，并传输给视频处理器； 视频处理器，用于将第一电信号和第二电信号处理合成为3D图像，将第三电信号处理为2D图像，并将3D图像及2D图像传输给显示设备；
显示设备，用于显示3D图像及2D图像。优选的，为了使成像更加真实，便于手术医生、助理医生更容易区分手术部位，进一步降低手术风险，所述视频处理器还用于将3D图像及2D图像处理成彩色图像。优选的，为了降低手术医生、助理医生在长时间手术下的精神压力和疲劳度，以及便于多人会诊，所述显示设备包括监视器及头戴式显示器，监视器通过数据线接收来自视频处理器的3D图像及2D图像，头戴式显示器通过无线发射装置接收来自视频处理器的3D图像及2D图像。头戴式显示器安装在手术医生、助理医生的头部，头戴式显示器可以是头戴式无线Lcos显示器；监视器的影像提供给会诊人员观看、研究。进一步的，为了教学研究，提高手术水平，所述监视器还连接一录像机，所述录像机用于保存3D图像及2D图像，形成影像资料。优选的，第一光学接口、第二光学接口、第三光学接口均为分光器。优选的，第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器均为C⑶传感器或CMOS传感器。所述CXD传感器可为高分辨率CXD。本发明具有如下有益效果
(1)手术医生、助理医生均不需要使用传统的目镜观察手术部位，只需通过显示设备就可以直观地观察到手术部位的3D图像，长时间的手术也不会造成较大的精神压力，及疲劳感觉；
(2)2D图像可以让手术医生、助理医生观察到手术部位以外的情况，可以让手术医生、助理医生及时发现手术部位以外区域的异常，降低手术风险。
图I为本发明较佳实施例的医用3D影像手术显微镜系统的结构示意 图2为本发明较佳实施例的手术显微镜的结构示意图。附图标记1、第一光学接口 ；2、第二光学接口 ；3、第三光学接口 ；4、第一图像传感器；5、第二图像传感器；6、第三图像传感器；7、视频处理器；8、无线发射装置；9、头戴式显示器；10、手术显微镜；11、录像机；12、监视器；100、第一光路；200、第二光路；300、第三光路；400、光路；101、大视野光学物镜组；102、变倍系统；103、变倍系统；104、接目物镜；105、接目物镜；106、接目物镜；107、转向棱镜；108、转向棱镜；109、转向棱镜；110、变倍系统。
具体实施例方式下面，结合附图以及具体实施方式
，对本发明做进一步描述
如图I所示，医用3D影像手术显微镜系统，其包括以下部件
手术显微镜10,用于输出三条光路,分别为第一光路10 0、第二光路200及第三光路300，第一光路100及第二光路200均来自于手术区域内的光信号，第三光路300来自于手术区域内及手术区域外的光信号；
第一光学接口 1，用于将第一光路100导入给第一图像传感器4 ；
第一图像传感器4，用于将第一光路100转换为第一电信号，并传输给视频处理器7 ; 第二光学接口 2，用于将第二光路200导入给第二图像传感器5 ；
第二图像传感器5，用于将第二光路200转换为第二电信号，并传输给视频处理器7 ； 第三光学接口 3，用于将第三光路300导入给第三图像传感器6 ；
第三图像传感器6，用于将第三光路300转换为第三电信号，并传输给视频处理器7 ；视频处理器7，用于将第一电信号和第二电信号处理合成为3D图像，即第一电信号、第二电信号分别通过视频处理器7的第一输入脚、第二输入脚输入，视频处理器7将第一输入脚、第二输入脚输入的数据进行合成处理，形成3D图像；将第三电信号处理为2D图像，即第三电信号通过视频处理器7的第三输入脚输入，视频处理器7将第三输入脚输入的数据进行处理，形成2D图像；并将3D图像及2D图像传输给显示设备；视频处理器7还可以利用“荧光造影”成像技术将3D图像及2D图像处理成彩色图像；本实施例的视频处理器7实际上是具有3D图像合成、2D图像处理能力的CPU，如赛灵思公司的Spartan-3 ；
显示设备，用于显示3D图像及2D图像。所述显示设备包括监视器12及头戴式显示器9，监视器12通过数据线接收来自视频处理器7的3D图像及2D图像，头戴式显示器9通过一无线发射装置8接收来自视频处理器7的3D图像及2D图像。所述无线发射装置8可以是红外信号发射装置、WIFI信号发射装置、蓝牙信号发射装置等。为了录制及保存整个手术过程的影像资料，本实施例的监视器12还连接一录像机11，所述录像机11用于保存3D图像及2D图像并形成影像资料，以供教学研究。本实施例的第一光学接口 I、第二光学接口 2、第三光学接口 3均可采用分光器。分光器是一种光连接部件，用于导通光线，是一种光学接口。本实施例的第一图像传感器4、第二图像传感器5、第三图像传感器6均可采用高分辨率的CXD传感器(也可以采用CMOS传感器)。如图2所示，为本实施例的手术显微镜10的具体结构示意图，其结构可与现有技术的手术显微镜相同，但根据本实施例的需要，需要输出三路光线。手术显微镜10，由大视野光学物镜组101、变倍系统102、变倍系统110、变倍系统110、接目物镜104、接目物镜105、接目物镜106、转向棱镜107、转向棱镜108以及转向棱镜109构成。大视野光学物镜组101内的凸透镜、光栅、调焦系统等光学元件相互调配，调节好景深，输出形成较好焦距的三条光路400，这三条光路400均具有大视野光信号，即为手术区域内及手术区域外的光信号，三条光路400分别通过变倍系统102、变倍系统110、变倍系统Iio的调放大倍率操作，从而形成了具有不同放大倍率的第一光路100、第二光路200及第三光路300，且第一光路100及第二光路200为手术区域内的光信号，第三光路300为手术区域内及手术区域外的光信号，第一光路100依次通过接目物镜104、转向棱镜107进入到第一光学接口 1，第二光路200依次通过接目物镜105、转向棱镜108进入到第二光学接口 2，第三光路300依次通过接目物镜106、转向棱镜109进入到第三光学接口 3。本实施例所述的大视野光学物镜组101，实际为能够获取手术区域内及手术区域外的光信号的光学物镜组，其通过调整现有的手术显微镜的物镜组内一系列的光学元件即可实现，其调整原理为“景深大，图像小；景深小，图像大”。本实施例的实现过程如下
从手术显微镜10输出的第一光路100通过第一光学接口 I进入到第一图像传感器4后转换为第一电信号，同时，第二光路200通过第二光学接口 2进入到第二图像传感器5后转换为第二电信号，第一电信号、第二电信号在视频处理器7内经过3D图像合成算法运算合成为3D图像，所述3D图像合成算法可与现有技术的3D合成算法相同(如拍摄3D电影时使用的3D影像合成技术，这里就不再赘述)，合成后的3D图像在经过“荧光造影”进行上色 处理，形成完整的彩色3D图像，所述“荧光造影”是一种成像方式，是视频处理器7的一个软件程序，其类似于做彩超，彩超应用的是多普勒造影，而“荧光造影”在本实施例中的作用是将视频处理器7中的第一电信号、第二电信号转换出来的黑白图像，经过“荧光造影”加上彩色，使成型的3D效果更加逼真，实现方法是，首先可以建立一个数据库(比如血管的颜色、神经的颜色、骨头的颜色、肌肉的颜色等等)，通过“荧光造影”程序，实现在3D图像上上色。同时，第三光路300通过第三光学接口 3进入到第三图像传感器6后转换为第三电信号，第三电信号经过视频处理器7处理为2D图像，由于第三光路300不仅仅含有手术区域内的光信号，还具有手术区域外的光信号，也就是说，第三电信号经过视频处理器7处理成的2D图像的视野范围比3D图像大，即第三光路300为大视野光路，3D图像看到的是手术部位的影像，而2D图像则是能看到手术部位以及手术部位外围的环境影像情况，从而可以使手术医生、助理医生以及会诊人员能够及时发现手术部位外的异常，降低手术风险。2D图像也可以利用“荧光造影”进行上色处理，形成彩色的2D图像。经过视频处理器7处理得到的3D图像及2D图像可通过有线方式实时传输给监视器12，通过无线方式实时传输给头戴式显示器9。3D图像和2D图像可以在显示设备上以分屏方式进行显示，或以窗口切换的方式进行显示，手术人员可对3D图像、2D图像的影像画面进行自由切换。通过监视器12实时显示手术过程的影像，可供多人共览、会诊、教学科研等；通过头戴式显示器9实时显示手术区域内、外影像，手术医生、助理医生均不需要使用传统的目镜，只需在头部上佩戴轻质、不受任何约束的头戴式显示器9，就可以轻松自如地进行手术,没有任何精神压力及长时间手术的疲劳感觉,也能为病人带来高质量、少痛苦，大大的减小手术误判、误操作等手术情况，甚至可利用本实施例的观察系统可以做更加精密、更加细微的手术。本实施例的头戴式显示器9可以是头戴式无线Lcos显示器，这种头戴式无线Lcos显示器是根据Aurora Systems融合半导体CMOS集成电路与液晶两项技术的优势,开发出的一种高分辨率、低价格反射式新型显示设备，它是一种将LCD直接制于单晶硅片上的新型液晶显示器件。单晶硅片上可将LCD的有源矩阵薄膜晶体管(AMTFT)、外部驱动电路及控制电路等全部制于上面，以此作为LCD的一块基板，与另一块作为公共电极的涂上透明导电层的玻璃基板共同封接成一个薄盒，注入液晶即可制成硅基液晶显示器件(LCoS)。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
权利要求
1.医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，包括以下部件 手术显微镜，用于输出三条光路，分别为第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均为手术区域内的光信号，第三光路为手术区域内及手术区域外的光信号；第一光学接口，用于将第一光路导入给第一图像传感器； 第一图像传感器，用于将第一光路转换为第一电信号，并传输给视频处理器； 第二光学接口，用于将第二光路导入给第二图像传感器； 第二图像传感器，用于将第二光路的光信号转换为第二电信号，并传输给视频处理器； 第三光学接口，用于将第三光路导入给第三图像传感器； 第三图像传感器，用于将第三光路转换为第三电信号，并传输给视频处理器； 视频处理器，用于将第一电信号和第二电信号处理合成为3D图像，将第三电信号处理为2D图像，并将3D图像及2D图像传输给显示设备； 显示设备，用于显示3D图像及2D图像。
2.如权利要求I所述的医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，所述视频处理器还用于将3D图像及2D图像处理成彩色图像。
3.如权利要求I所述的医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，所述观察系统包括监视器及头戴式显示器，监视器通过数据线接收来自视频处理器的3D图像及2D图像，头戴式显示器通过无线发射装置接收来自视频处理器的3D图像及2D图像。
4.如权利要求3所述的医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，所述监视器还连接一录像机，所述录像机用于保存3D图像及2D图像，形成影像资料。
5.如权利要求1-4任一项所述的医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，第一光学接口、第二光学接口、第三光学接口均为分光器。
6.如权利要求1-4任一项所述的医用3D影像手术显微镜系统，其特征在于，第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器均为CCD传感器或CMOS传感器。
全文摘要
本发明涉及医用3D影像手术显微镜系统，其包括手术显微镜，用于输出三条光路，分别为第一光路、第二光路及第三光路，第一光路及第二光路均为手术区域内的光信号，第三光路为手术区域内及手术区域外的光信号，即第三光路为大视野图像光路；第一光路通过第一光学接口、第一图像传感器形成第一电信号；第二光路通过第二光学接口、第二图像传感器形成第二电信号；第三光路通过第三光学接口、第三图像传感器形成第三电信号；视频处理器，将第一电信号和第二电信号处理合成为3D图像，将第三电信号处理为2D图像，并将3D图像及2D图像传输给显示设备进行显示。本发明可减少手术医生的精神压力及疲劳感，从而降低手术风险。
文档编号A61F9/007GK102809808SQ20121029061
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者温细仁 申请人:深圳市麟静科技有限公司