内窥镜摄像头的外壳、内窥镜摄像头及内窥镜摄像系统的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种内窥镜摄像头的外壳、内窥镜摄像头及内窥镜摄像系统。


背景技术：

2.内窥镜摄像系统目前广泛用于对人身体内的某一器官部位进行检查，医生做手术时需握持内窥镜摄像头的外壳，因此，每次使用前后均需要对内窥镜摄像头进行灭菌处理，医院常用低温等离子过氧化氢灭菌设备对摄像头进行灭菌处理。具体而言，低温等离子过氧化氢灭菌流程为：采用少量的高浓度h2o2溶液经过进一步提纯到90％的浓度后注射进密闭低真空空间，在h2o2的扩散过程中，对暴露在该气氛下的内窥镜摄像头进行消毒灭菌，最后再通电使得h2o2等离子化进一步对内窥镜摄像头消毒灭菌。然而，内窥镜摄像头的外壳在经过200次以上的低温等离子灭菌后会出现褪色现象，影响外观。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种经过200次低温等离子灭菌后不会出现褪色现象的内窥镜摄像头的外壳。
4.另一方面，本发明还提出一种包含上述内窥镜摄像头的外壳的内窥镜摄像头以及内窥镜摄像系统。
5.根据本发明第一方面实施例的内窥镜摄像头的外壳，其包括铝基基材；以及在所述铝基基材上依序形成的锌层、镍层、铬层及物理气相沉积层，所述铝基基材、所述锌层、所述镍层、所述铬层及所述物理气相沉积层的硬度递增；其中，所述镍层通过化学镀镍工艺形成，所述镍层的厚度为1um至20um；所述物理气相沉积层为含有tisi化合物和/或tisico化合物的涂层。
6.根据本发明实施例的内窥镜摄像头的外壳，至少具有如下有益效果：通过化学镀镍工艺形成的厚度为1um至20um的镍层，能提高镍层的硬度，从而使得外壳各层的硬度可以梯度过渡，梯度过渡能增大后续镀铬层和物理气相沉积层的结合力，以保证涂层质量；并且含有tisi化合物、tisico化合物的涂层，对于低温等离子灭菌具有优异的耐受性，在经过200次的灭菌后，涂层仍不褪色失效。
7.根据本发明的一些实施例，所述镍层的厚度为4um至10um。
8.根据本发明的一些实施例，所述镍层的硬度为hv 300至hv 500。
9.根据本发明的一些实施例，所述化学镀镍工艺中采用的化学镍的含磷量为5wt％至15wt％。
10.根据本发明的一些实施例，所述铝基基材经喷砂工艺处理。
11.根据本发明的一些实施例，所述铬层的厚度为0.1um至1um。
12.根据本发明的一些实施例，所述铬层的硬度为hv 400至hv 800。
13.根据本发明的一些实施例，所述物理气相沉积层的厚度为0.2um至10um。
14.根据本发明的一些实施例，所述物理气相沉积层的硬度为hv 500至hv 1000。
15.根据本发明的一些实施例，所述物理气相沉积层为含有tisi化合物以及tisico化合物的梯度涂层。
16.根据本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头，其包括本发明第一方面实施例的内窥镜摄像头的外壳。
17.根据本发明实施例的内窥镜摄像头，至少具有如下有益效果：通过采用本发明第一方面实施例的内窥镜摄像头的外壳，能够提升外壳对于低温等离子灭菌具有优异的耐受性，在经过200次的灭菌后涂层仍不褪色失效，提升内窥镜摄像头的整体品质。
18.根据本发明第三方面实施例的内窥镜摄像系统，其包括内窥镜插入部、本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头、光源、主机和显示屏；所述内窥镜插入部，用于插入患者的待观察部位；所述内窥镜摄像头与所述内窥镜插入部连接；所述光源通过导光束线与所述内窥镜插入部连接并用于提供照明光；所述主机通过数据传输线与所述内窥镜摄像头连接，用于接收所述内窥镜摄像头处理生成的图像和/或视频，并进行保存；所述显示屏通过视频连接线与所述主机连接以用于接收所述主机发送的图像和/或视频，并进行显示。
19.根据本发明实施例的内窥镜摄像系统，其具有本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头的全部有益效果。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
22.图1为本发明一些实施例中内窥镜摄像头的外壳的剖面示意图。
23.附图标记：
24.铝基基材101、锌层102、镍层103、铬层104、物理气相沉积层105。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体
含义。
29.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
30.内窥镜摄像系统目前广泛用于对人身体内的某一器官部位进行检查，医生做手术时需握持内窥镜摄像头的外壳，内窥镜摄像头的外壳通常具有多种颜色以提升外观效果。常用于制备内窥镜摄像头的外壳的方法有如下两种：
31.技术路线一：
32.内窥镜摄像头外壳的基材为铝及铝合金材质，经抛光、喷砂处理后，先采用普通硫酸阳极氧化，在表面形成一层多孔状的铝本色阳极氧化膜，然后采用以镍盐、钴盐为主的无机染料对阳极氧化膜进行电解着色，使铝本色阳极氧化膜被染成黑色，最后通过热纯水或添加镍封闭剂进行封孔处理，以得到内窥镜摄像头的外壳。
33.技术路线二：
34.内窥镜摄像头外壳的基材为铝及铝合金材质，经抛光、喷砂处理后，先采用普通硫酸阳极氧化，然后进行有机染色处理，再浸泡于金属的氟化物溶液中处理，然后通过强碱溶液处理，再浸泡于金属的醋酸盐溶液中处理，最后通过高温高压水蒸气处理，使表层阳极氧化膜封闭，以得到内窥镜摄像头的外壳。
35.对于技术路线一而言，其着色的颜色单一，只能实现黑色。
36.对于技术路线二而言，其着色的颜色限选，某些颜色无法实现，并且工艺路线复杂。
37.同时，医生在使用内窥镜摄像系统时，需握持内窥镜摄像头的外壳，因此，每次使用前后均需要对内窥镜摄像头进行灭菌处理，医院常用低温等离子过氧化氢灭菌设备对摄像头进行灭菌处理。
38.低温等离子过氧化氢灭菌流程具体为：采用少量的高浓度h2o2溶液，通常为3ml至5ml，58wt％至60wt％的浓度，经过进一步提纯到90wt％的浓度后注射进200l至300l的密闭低真空空间，其真空度达到500mtorr以下，在h2o2扩散过程中，对暴露在该气氛下的医疗器械进行消毒灭菌，最后再通电使得h2o2等离子化进一步对内窥镜摄像头进行灭菌。
39.对于技术路线一而言，经过200次低温等离子灭菌后，低温等离子灭菌会破坏封闭层，导致无机颜料渗出，使得产品有一定程度的褪色情况。
40.对于技术路线二而言，虽然多次封闭工艺可以一定程度上保护颜色不受等离子灭菌破坏，但仍然会受到一定影响，由于不同颜料的分子组成成分不同，对于高能粒子和强氧化物质的耐受性也不同，部分有机颜料处理的内窥镜摄像头外壳会出现褪色明显的情况。
41.为此，本技术提出经过200次低温等离子灭菌后不会出现褪色现象的内窥镜摄像头的外壳，以下内容将结合附图及一些实施例具体进行说明。
42.参照图1所示，在本技术第一方面的一些实施例中，内窥镜摄像头的外壳包括铝基基材101，以及在铝基基材101上依序(即图1中自下而上的)形成的锌层102、镍层103、铬层104及物理气相沉积层105，铝基基材101、锌层102、镍层103、铬层104及物理气相沉积层105
的硬度递增；其中，镍层103通过化学镀镍工艺形成，镍层103的厚度为1um至20um；物理气相沉积层105为含有tisi化合物和/或tisico化合物的涂层。
43.可以理解的是，铝基基材101包括铝及铝合金，铝及铝合金是轻金属材料之一。铝及铝合金有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用，本技术中，选取的铝合金基材可以为5系列、6系列、7系列铝合金或压铸铝合金中的任意一种，本技术中的铝合金基材，硬度通常为200hv左右。
44.还可以理解的是，锌层102由沉锌工艺或者镀锌工艺形成，铬层104通过电镀工艺形成。
45.在本技术中，通过化学镀镍工艺形成的厚度为1um至20um的镍层103，能提高镍层103的硬度，从而使得外壳中铝基基材101、锌层102、镍层103、铬层104及物理气相沉积层105的硬度递增，形成硬度梯度过渡的效果，梯度过渡能增大后续镀铬层104和物理气相沉积层105的结合力，以保证涂层质量，在长期使用过程中不易出现裂纹或者裂片；并且通过物理气相沉积而形成的含有tisi化合物、tisico化合物的涂层，对于低温等离子灭菌具有优异的耐受性，在经过200次的灭菌后，物理气相沉积层105仍不褪色失效。
46.需要说明的是，物理镀镍，即电镀镍，是借电化学作用，将制件作阴极，纯镍板作阳级，置入以硫酸镍、氯化钠和硼酸所配成的电解液中，进行电镀沉积一层镍，其主要用作防护装饰性镀层；化学镀镍工艺则是在催化剂fe的催化作用下，次磷酸钠溶液中的次磷酸根在催化表面催化脱氢，形成活性氢化物，并被氧化成亚磷酸根；活性氢化物与溶液中的镍离子进行还原反应而沉积镍，其本身氧化成氢气，利用次磷酸钠作为还原剂的化学镀镍过程得到的是ni-p合金，镀层致密、孔隙率低、耐腐蚀性能、硬度均优于电镀镍；并且化学镀镍层103的硬度为300hv以上，经过合理的热处理后，可以达到1000hv以上，在某些情况下，甚至可以代替硬铬使用，本技术中，利用化学镀镍工艺能够更好的控制镍层103的厚度和硬度，以使得内窥镜摄像头的外壳形成硬度梯度过渡的效果，增大与后续铬层104的结合力，提升外壳的涂层强度。
47.本技术中，镍层103的厚度为1um至20um，具体可以选择为1um、3um、8um、15um、20um等，镍层103的厚度小于1um时，不能起到由锌层102(硬度通常为220hv左右)到铬层104的梯度过渡桥梁的作用，影响了外壳的涂层强度；镍层103的厚度大于20um，增大了镍层103在整个外壳涂层中的厚度占比，又会导致外壳涂层的强度降低，容易使得外壳出现裂纹或者裂片，影响内窥镜摄像头的品质。
48.还需要说明的是，物理气相沉积层105为含有tisi化合物和/或tisico化合物的涂层，即涂层中含有ti、si等主要成分元素，该涂层的颜色呈现蓝灰色，首先，物理气相沉积层105中不含有无机或者有机颜料分子；另外，tisi化合物和/或tisico化合物对于高能粒子和强氧化物质具有较高的耐受性，因此，即使经过200次以上的灭菌，物理气相沉积层105仍不会出现褪色失效的问题。
49.还需要说明的是，铝基基材101按照图纸完成机加工后，可以先进行抛光处理，去除外壳表面的机加工刀纹，抛光设备应使用布轮、麻轮和尼龙轮中的一种或几种，同时添加辅助的抛光膏来提亮抛光表面，抛光表面的粗糙度应在ra0.4以内，经过抛光的铝基基材101不应有明显的机加工刀纹残留，从而防止后续施镀工序完成后刀纹从铝基基材101浮现
影响质感。
50.在一些实施利中，完成抛光后，经过相应的清洗，可以再对外壳进行喷砂处理，喷砂的砂材可以为石英砂、玻璃砂和锆砂中的一种或几种，砂材目数推荐为150目-300目的范围，经上述目数的砂材喷砂后，会使得铝基基材101的粗糙度为ra0.4至ra1.6，可以理解的是，喷砂目数过小，会导致表面过于粗糙使得与后续的涂层结合力不足，目数过高则会使得砂感不足，后续施镀工序完成后会使得外壳从外观上看丢失砂质质感，影响内窥镜摄像头的品质。
51.可以理解的是，根据本技术的实施例，抛光处理和喷砂处理的其他具体工艺参数，例如抛光时间、喷砂时间等，都不受特别的限制，本领域技术人员可根据铝合金件实际的表面抛光效果、喷砂效果进行相应地调整，在此不再赘述。
52.在本发明的一些实施例中，镍层103的厚度进一步限定为4um至10um，具体可以选择为4um、6um、8um、10um等。镍层103的厚度进一步限定为4um至10um，能使得镍层103过渡桥梁的作用更加明显，提升外壳的涂层强度，避免外壳出现裂纹或者裂片。
53.在本发明的一些实施例中，镍层103的硬度为hv 300至hv 500，具体可以选择为hv300、hv 350、hv 400、hv 500等，镍层103的硬度小于hv 300，会使得镍层103的硬度过于接近铝基基材101和锌层102的硬度，而明显低于铬层104的硬度，导致外壳的各涂层的硬度梯度过渡性差，降低了外壳的涂层强度；同样的，镍层103的硬度大于hv 500会使得镍层103的硬度过于接近铬层104的硬度，而明显高于铝基基材101和锌层102的硬度，也会导致外壳的各涂层的硬度梯度过渡性差。
54.在本发明的一些实施例中，化学镀镍工艺中采用的化学镍的含磷量为5wt％至15wt％，具体可以为5wt％、8wt％、12wt％、15wt％等。控制化学镍的含磷量，能够间接的控制镀层中的磷含量，以得到ni-p非晶态结构镀层，从而能够镀层致密、孔隙率低、耐腐蚀性能，尤其是镍层103的硬度，从而使得镍层103的硬度镍层103的厚度为1um至20um、硬度为hv 300至hv 500，提升外壳的涂层强度。
55.还需要说明的是，在化学镀前需要先做沉锌或者镀锌处理以提升化学镍层103与铝基基材101表面的结合力，由此提升外壳的涂层质量，避免外壳出现裂纹或者裂片。
56.在本发明的一些实施例中，铬层104的厚度为0.1um至1um，具体可以选择为0.1um、0.3um、0.6um、1um等。铬层104通过电镀工艺形成，采用装饰铬，装饰铬主要是为了提升电镀层的亮度、光泽度和金属质感，这是因为化学镍含有一定p元素，整体镀层基色偏黄，而装饰铬为银白亮色，铬层104的存在能避免镍层干扰后续的物理气相沉积层105的颜色，同时也能反射出金属的光泽质感。当铬层104厚度小于0.1um时，不仅会使得装饰效果变差，还会使得铬层104的硬度梯度过渡效果变差；当铬层104厚度大于1um时，会增大生产成本。
57.在本发明的一些实施例中，铬层104的硬度为hv 400至hv 800，具体可以选择为hv400、hv 550、hv 650、hv 800等，当铬层104的硬度小于hv 400或者大于hv 800时，会使得外壳的各涂层的硬度过渡不明显，影响相邻涂层间的结合强度。
58.在本发明的一些实施例中，内窥镜摄像头的外壳采用的物理气相沉积层105中，采用的涂层包含以ti、si为主要成分，c、o为辅助元素，形成至少含有tisi化合物、tisico化合物的梯度涂层，上述梯度涂层的形成方法采用现有的工艺方法即可，tisi化合物、tisico化合物的梯度涂层对于高能粒子和强氧化物质具有更高的耐受性，因此，在经过400次以上的
低温等离子过氧化氢灭菌后，物理气相沉积层105仍不会褪色失效。
59.在本发明的一些实施例中，物理气相沉积层105的厚度为0.2um至10um，具体可以选择为0.2um、1um、4um、8um、10um等。当物理气相沉积层105的厚度小于0.2um时，不能呈现出理想的蓝灰色；当物理气相沉积层105的厚度大于10um时，不仅增大了生产成本，而且增大了物理气相沉积层105在整个外壳涂层中的厚度占比，又会导致外壳涂层的整体强度降低，容易使得理气相沉积层容易从外壳上剥离或者脱落，影响内窥镜摄像头的品质。
60.在本发明的一些实施例中，物理气相沉积层105的硬度为hv 500至hv 1000，具体可以选择为hv 500、hv 650、hv 850、hv 1000等，当物理气相沉积层105的硬度小于hv 500或者大于hv1000时，会使得外壳的各涂层的硬度过渡不明显，影响相邻涂层间的结合强度。
61.根据本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头(图中未示出)，其包括本发明第一方面实施例的内窥镜摄像头的外壳。
62.可以理解的是，内窥镜摄像头可以包括镜头部、线缆连接部和/或手柄等，手柄设置于镜头部与线缆连接部之间，对于连接光学硬管镜的内窥镜摄像头而言，手柄内部设置有光学成像组件；其中，镜头部、和/或线缆连接部、和/或柄的壳体外壳采用本发明第一方面实施例的外壳。
63.还需要说明的是，内窥镜摄像头的外壳还可以连接有控制按键等。
64.根据本发明实施例的内窥镜摄像头，通过采用本发明第一方面实施例的内窥镜摄像头的外壳，能够提升外壳对于低温等离子灭菌具有优异的耐受性，在经过200次的灭菌后，涂层仍不褪色失效，提升内窥镜摄像头的整体品质。
65.根据本发明第三方面实施例的内窥镜摄像系统(图中未示出)，其包括内窥镜插入部、本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头、光源、主机和显示屏；所述内窥镜插入部，用于插入患者的待观察部位；内窥镜摄像头与内窥镜插入部连接；光源通过导光束线与内窥镜插入部连接并用于提供照明光；主机通过数据传输线与内窥镜摄像头连接，用于接收内窥镜摄像头处理生成的图像和/或视频，并进行保存；显示屏通过视频连接线与主机连接以用于接收主机发送的图像和/或视频，并进行显示。
66.在一实施例中，内窥镜摄像头将图像信号(电信号)转成光信号，由数据传输线缆传输到主机，主机再将光信号转成电信号(图像信号)。在另一实施例中，数据传输线缆连接摄像头的一端设置有电光转换模块，用于将图像信号转成光信号；数据传输线缆连接主机的一端设置有光电转换模块，用于将传输过来的光信号转换回电信号，并传输至主机。
67.主机通过视频连接线与显示屏连接，用于将图像信号发送到显示屏进行显示。在某些实施例中，数据传输线缆可以为光通信线缆，例如光纤；在另一实施例中，数据传输线缆也可以为光电复合通信线缆。
68.在一实施例中，内窥镜插入部可以为光学硬管镜，摄像头设置有一个或多个图像传感器，用于将光学硬管镜传输的图像光转换为图像信号。光学硬管镜与摄像头通过卡扣结构可拆卸连接。
69.在另一实施例中，内窥镜插入部同样为硬管镜，但图像传感器设置于内窥镜插入部插入患者的头端，图像传感器将内窥镜插入部头端获取的图像光转换成图像信号后传输至摄像头，摄像头内设置有图像处理组件，用于对图像信号进行处理。内窥镜插入部与摄像头为集成的一体式部件，两者在操作时不可拆卸。典型的，3d硬管内窥镜属于这种结构形
态。
70.在另一实施例中，内窥镜插入部可以为柔性结构，图像传感器设置于内窥镜插入部插入患者的头端，图像传感器将内窥镜插入部头端获取的图像光转换成图像信号后传输至摄像头，摄像头内设置有图像处理组件，用于对图像信号进行处理。内窥镜插入部与摄像头为集成的一体式部件，两者在操作时不可拆卸。典型的，电子软镜属于这种结构形态。
71.根据本发明实施例的内窥镜摄像系统，其具有本发明第二方面实施例的内窥镜摄像头的全部有益效果。
72.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。