带有自适应照明控制的内窥镜系统的制作方法

本发明涉及一种用于观察器械(诸如内窥镜)的照射系统的系统。更具体地，本发明涉及一种用于内窥镜自适应照明控制的装置以及对应的方法。

背景技术：

1、当今许多医学调查和外科手术程序都是通过内窥镜手段执行的。因此，患者的压力可以大大降低。然而，由于内窥镜通道导致视野减小，因此内窥镜程序需要操作者进行大量练习，以准确估计到要执行外科手术操纵的内部身体腔室的表面的距离。这些设备通常用于具有挑战性的高动态范围(hdr)场景，该场景可以包括来自湿解剖体、深内腔和高反射金属工具的镜面高光。很难适当地曝光此类场景，因为成像器的每个像素所接收的信号量可能显著变化。

2、现有的hdr技术具有各种缺点。通常，组合不同曝光下的图像的算法需要在每个图像的瞬时动态范围中的一定量的重叠。由于与高光或金属工具相关联的光强度可能比周围组织亮许多数量级，因此可能需要获取跨越这些极端的在相邻曝光中具有足够的重叠的不合理数量的图像。

3、图1a图示了用于传统内窥镜10的基础照射系统100。通常，内窥镜10具有通过物镜14的固定视线12。内窥镜场视场16由照射场18覆盖，照射场18通常由远程光源11产生并经由光纤光导13传输。照射场18被设计为覆盖整个视场16，以确保均匀的图像亮度。为此，照射场18通常被设计成关于物镜14径向对称，其中光从均匀分布的光纤出口15发出，如图1b所示，或者从单个环形出口17发出，如图1c所示。

4、授予todd等人的题为“endoscope with integrated light source”的美国专利no.7,668,450b2教导了一种用于内窥镜成像系统的基于led的光源单元，该光源单元通过内窥镜为摄像机产生照射。该光源单元包括安装到导热基板的led阵列。该光源单元集成到内窥镜的近端，并直接耦合到延伸到内窥镜的尖端的光纤。多个这样的光源单元可以集成到内窥镜的壳体中。从每个光源单元发出的光被引导到内窥镜的尖端的独特部分，并且医生可以在外科手术期间控制每个个体光源单元的光输出。然而，该参考文献需要手动控制光源单元和色温操纵。这种手动控制是不希望的，因为它需要医生在内窥镜程序期间手动控制照明，并且可能是医生不希望的负担。

5、授予niida的题为“endoscope apparatus”的美国专利公开no.20090149713a1教导了一种内窥镜装置，该内窥镜装置包括ccd和用于照射视野以用于进行ccd的图像拾取的多个led。在该参考文献中，图像被划分成网格，并且照射器以相同的方式进行结构化。多个led以简单的方式布置在与每个led所照射的区域相对应的位置，即，左上方的照射器以一对一的对应关系命中左上方的网格区域，这似乎贯穿始终使用。niida没有考虑或描述当照射区可能重叠时如何执行自适应照明控制，或者如何管理控制重叠的多个照射器的情况，或者这种重叠的细节将如何根据场景几何形状而变化。近对象相对于远对象或中心对象相对于偏心对象等全部将趋于破坏这种网格假设。

6、授予govari等人的题为“otoscope with controlled illumination”的美国专利no.10,594,946b2教导了多个照射器以及处理器，这些照射器围绕物镜布置并被配置为照射对象，该处理器被耦合以响应于信号差分地调整由照射器发射的相应光强度并且不像先前的参考文献那样假设一对一的对应关系。他们描述了使用平面目标来校准系统，以获得矩阵，该矩阵制定出光源叠加在目标上的方式。他们还承认，对于除此平面校准目标之外的任何其他项，由于场景的3d结构，将存在此映射的失真。他们基本上使用校准结果作为未知目标的初始种子，并且然后进行差分调整，直到针对当前场景重新校准照射。

7、专利申请de102006017003a1教导了一种用于深度采集的内窥镜，在该内窥镜中，发射经调制的光信号，并且使用接收到的光信号的调制参数来计算深度数据。经由用作分束器的平面半透明反射镜，光束可以由两个图像传感器接收，其中一个图像传感器捕获用于生成3d数据的调制参数，而另一个图像传感器被提供用于捕获内窥镜场景的视觉图像。

8、在us2006/0025692a1中，描述了一种用于生成内窥镜荧光图像的内窥镜装置，使得例如利用超声、微波或激光操作的距离测量单元生成距离信号。然而，参考文献没有描述如何使用投射分束器的公共中心，使得光到区域的对应关系不是暂且假设的，而是由任意场景几何形状的光学设计确定的。

9、专利申请de102008018636a1教导了一种用于内窥镜3d数据采集的装置，该装置包括用于至少生成经调制的测量辐射的光生成构件、用于将测量辐射传输到待观察对象上的光传输构件以及用于将来自待观察对象的信号辐射成像到相敏图像传感器上的光成像构件，该专利申请通过引用全部并入本技术中。通过评估由相敏图像传感器提供的数据，生成关于被观察对象的3d数据。该装置无法预测绝对3d数据的收集。

10、公开wo94/03100教导了一种用于描绘身体内部的方法，其中空间数据场与位于特定位置的身体相关联，并且连续地记录视频摄像机的空间位置，在摄像机之前安装有内窥镜。此外，计算在每种情况下对应于视频摄像机的当前视角的数据场的描绘，并且在监视器上同时显示光学图像和数据场。借助于用户的输入过程，数据场的一个或多个特征点与屏幕上的相关联的光学描绘相协调。对于数据场，可以使用三维重建，该三维重建是从一个或多个先前拍摄的视频记录中获取的，经由超声或通过立体测量分析的距离测量与该三维重建相关联。然而，超声距离测量仅允许收集相对少的数据点，而立体测量分析仅限于高对比度表面。因此，并且由于用户的必要交互，该方法的可用性和由此产生的优点受到限制。

11、专利de10200408164b3公开了一种用于产生身体内部的虚拟3d模型的至少一部分的装置，该装置包括内窥镜；定位系统，其带有惯性感测系统以记录内窥镜的位置和定向；以及距离测量系统，其用于获取内窥镜距身体内部的表面上的至少一个点的至少一个距离，该专利申请通过引用全部并入本技术中。借助于通过内窥镜发射的激光束在三角测量基础上或通过激光束的运行时测量，或者借助于由内窥镜投射到身体内部的表面上的图案或通过超声，来测量距离。根据由距离测量系统记录的身体内部的表面上的点，产生身体内部的表面的虚拟模型的一部分。因为这需要从内窥镜的多个不同位置和定向进行距离测量，所以只能实现相对低的空间分辨率。

12、在等人在《微创治疗》第19期(2010年)：282-273中的“spatialorientation in translumenal surgery”的一篇文章中，描述了一种柔性内窥镜，其近端行安装有飞行时间(tof)传感器。惯性传感器位于内窥镜的远端，以便基于重力建立内窥镜图像或提供校正的图像水平。然而，惯性传感器需要相对大的结构面积，并且因此不能容易地集成到远端部分，特别是在具有小直径的柔性内窥镜中。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种用于提供自适应照明的镜(scope)的照射系统。

2、本发明的另一个目的是提供一种用于可以使用多个照明元件提供照射的镜的照射系统，其中照明元件和场景区域之间的对应关系不是假定的，而是计算的。

3、本发明的又一个目的是提供一种用于可以提供白光(wl)和红外(ir)照射的镜的照射系统。

4、本发明的另一个目的是提供一种用于自动调整所捕获的场景的照射而不需要用户手动调整的镜的照射系统。自适应照明可以例如通过执行基于电子的软件和/或硬件来自动执行。

5、为了克服现有技术的缺陷并实现所列出的目的和优点中的至少一些，本技术包括一种内窥镜系统，该内窥镜系统包括位于远端的多个照明元件，用于捕获由多个照明元件照射的场景的第一组一个或多个图像的摄像头，以及包括至少一个过程的软件和/或硬件，其中该至少一个过程被配置为：基于第一组一个或多个图像确定场景的多个区域的对应关系，确定多个区域处的所测量的光强度，基于该对应关系和所测量的光强度来确定照明元件的驱动强度，并使照明元件施加该驱动强度。