一种基于手术显微镜和内窥镜融合系统的融合方法与流程

1.本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种基于手术显微镜和内窥镜融合系统的融合方法。


背景技术：

2.目前，对于人体腹腔各器官的不明病变或可疑肿瘤病变性质的诊治过程，一般都是先对病患做活体取样手术，而后经病理分析后在进行治疗手术。该诊断治疗过程周期很长，前期取样分析检测是一个损伤、耗时、昂贵的过程，而且伴随着出血、感染等风险，另外，病患在取样手术后也需要一段创伤恢复期，有可能耽误最佳治疗时机，影响后期手术治疗效果。根据医疗的发展需要，在手术过程中能实现诊断和治疗功能一体的技术也成为重要研究方向之一。
3.手术显微镜和显微内窥镜是对病患进行诊断和治疗过程中经常用到的仪器设备。其中，手术显微镜在手术过程中的目的是让医生精确手术，其视场比较大，但不具备高的分辨率，不足以支撑活检精度。而高分辨率显微内窥镜对活体组织的显微观察能够达到与组织学样品的体外显微成像相当的放大倍数和分辨率，无需取样活检即可实现体内器官的实时高分辨率组织病理学诊断，但其。可见，两者各有优点，无法彼此取代。在很多手术中，需要利用显微内窥镜和手术显微镜两者进行配合来取得满意的手术效果，然而，目前即使在同一台手术中应用两者，显微内窥镜与手术显微镜都是作为两个独立的设备来进行工作，存在一些缺点：1)各自都有自己的显示器、图像采集系统、光源等，每套设备都占有相对较大的空间，在同一台手术过程中很容易受手术室空间限制；2)显微内窥镜的图像一般都是直接由大显示器显示，由于绝大部分医生手术都是在目镜下完成的，在屏幕和目镜之间的不断切换会产生诸多不方便也影响手术效率。
4.因此，设计出一种能将显微内窥镜与手术显微镜更好地融合来实现诊断治疗一体的方法迫在眉睫。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供了一种基于手术显微镜和内窥镜融合系统的融合方法，将显微内窥镜图像获取单元设置于该融合系统的目视模组内，使得医生在手术过程中通过目镜既看到手术显微镜模组下的场景，又能清晰看到医生想看到的组织细节，可在目镜视野内调整显微内窥镜的位置，该方法不仅提高了手术效率，也有效提升了手术效果。
6.为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
7.一种基于手术显微镜和显微内窥镜融合系统的融合方法，所述融合系统包括显微内窥镜、手术显微镜模组及目视模组，所述显微内窥镜包括成像镜头、照明系统、相机及启动电路，所述显微内窥镜的图像数据传送至所述目视模组；所述手术显微镜模组包括物镜和照明装置，所述手术显微镜模组输出的光传至所述目视模组；所述目视模组包括第一成像透镜、显微内窥镜图像获取单元及目镜，所述显微内窥镜图像获取单元设置于所述目镜
和所述第一成像透镜之间，所述目视模组用于观察所述手术显微镜模组下的场景图像和所述显微内窥镜下的组织图像，所述融合方法包括以下步骤：s1，将所述显微内窥镜与所述显微内窥镜图像获取单元电性连接：通过所述启动电路将所述显微内窥镜调至工作模式，使所述显微内窥镜获取的图像数据能传输至所述显微内窥镜图像获取单元；s2，将所述显微内窥镜图像获取单元生成的图像成像至所述目镜的焦平面上；s3：将所述显微内窥镜置于所述手术显微镜模组的视场范围内：在所述目镜中观察到所述显微内窥镜并将其移动至观察者想看到的位置；s4：观察者在所述目镜中同时看到所述显微内窥镜下的组织图像及所述手术显微镜模组下的场景图像，实现对组织的实时在线活检及治疗。
8.优选地，所述显微内窥镜图像获取单元包括透明显示器，步骤s1中所述电性连接的步骤具体为：所述显微内窥镜与所述透明显示器通过无线或有线连接方式实现电性连接，所述透明显示器接收所述显微内窥镜获取的图像数据并生成图像；步骤s2中所述成像至所述目镜的焦平面上的步骤具体为：将所述透明显示器设置于所述目镜的焦平面上。
9.优选地，所述显微内窥镜图像获取单元包括微显示器、投影物镜及第一分光棱镜，步骤s1中所述电性连接的步骤具体为：所述显微内窥镜与所述微显示器通过无线或有线连接方式实现电性连接，所述微显示器接收所述显微内窥镜获取的图像数据并生成图像；步骤s2中所述成像至所述目镜的焦平面上的步骤具体为：所述微显示器的生成图像依次经过所述投影物镜及所述第一分光棱镜成像至所述目镜的焦平面上。
10.优选地，还包括步骤s3.1，调整所述显微内窥镜图像获取单元生成的图像的亮度和倍率。
11.优选地，所述目视系统还包括保罗棱镜组，所述保罗棱镜组用于调整所述目镜焦平面上图像的成像方向。
12.优选地，所述融合系统还包括屏前探测模组，用于供助手观察者观看，所述屏前探测模组包括第二成像棱镜、第二成像透镜、第二相机及显示器，所述第二成像棱镜将所述手术显微镜模组输出的光分成两部分，一部分进入所述目视模组，一部分进入所述屏前探测模组，其中，进入所述屏前探测模组的光经所述第二成像透镜汇聚至所述第二相机的感光片上，再经所述显示器输出所述手术显微镜模组下的场景图像。
13.优选地，还包括步骤s4.1，将所述屏前探测模组中的所述显示器与所述显微内窥镜电性连接，使所述显示器上能同时显示出所述手术显微镜模组下的场景图像和所述显微内窥镜下的组织图像。
14.优选地，所述透明显示器的尺寸小于所述目镜的视场且为所述显微内窥镜中所述相机的尺寸的整数倍。
15.优选地，所述微显示器成像至所述目镜焦平面上的像的尺寸小于所述目镜的视场且为所述显微内窥镜中所述相机的尺寸的整数倍。
16.优选地，所述融合系统还包括光路补偿装置，所述光路补偿装置用于补偿光路中的成像像差，其设置于所述手术显微镜模组与所述第一成像透镜之间的光路中。
17.优选地，所述光路补偿装置为空间光调制器或非球面透镜。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明的融合方法能使医生在手术过程中直接通过目镜同时观察到手术显微镜模组下的场景及组织的精密细节，能实时在线活检，能同时实现对组织的诊断和治疗，且减少了医生在屏幕与目镜之间的切换适应时间，显
著提高了手术效率；2)该融合方法使医生能在手术显微镜模组的视野中移动显微内窥镜至手术过程中想看到的位置，使显微内窥镜的移动位置更加精确，能更好地适应医生在操作过程中的需求，提升了手术效果。
附图说明
19.图1为本发明实施例中手术显微镜和内窥镜融合系统示意图一；
20.图2为本发明实施例中手术显微镜和内窥镜融合系统示意图二；
21.图3为本发明实施例中手术显微镜和内窥镜融合方法的工作流程图。
具体实施方式
22.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
23.本发明提供了一种手术显微镜和显微内窥镜的融合系统，如图1所示，包括显微内窥镜1、手术显微镜模组2及目视模组3，手术显微镜模组2包括物镜、连续变倍体及照明装置，目视模组3包括第一成像透镜31、显微内窥镜图像获取单元及目镜33，被观察组织的反射光依次经物镜、连续变倍体、第一成像透镜31传至目镜33，其中，显微内窥镜1可设于手术显微镜模组2的视野范围内，显微内窥镜1根据被观察组织的反射光所采集到的图像数据是通过有线或无线方式传至显微内窥镜图像获取单元，显微内窥镜图像获取单元将获取的图像成像至目镜33的焦平面上。手术显微模组2的分辨率在10微米左右，手术显微镜模组2下的场景用于让医生进行精确手术，其分辨率不能达到对组织的活检精度，而显微内窥镜1的分辨率可达到对组织的活检精度，也即能观察到组织的精密细节。在手术操作过程中，本发明所提供的融合系统可使医生经目镜33能同时观察到由手术显微镜模组2下所观察到的图像和由显微内窥镜1获取的组织的精密细节，医生可在手术显微镜模组2的视野下移动显微内窥镜1至医生想看到的位置，非常有利于精细手术，有效提高了手术效果和手术效率。
24.在本实施方案中，显微内窥镜1是一个体积较小的一体式光学仪器，包含成像镜头、照明系统、相机(也称为显微内窥镜相机)及启动电路，其中，相机可根据需要选用ccd相机或cmos相机，启动电路用于将显微内窥镜1从未工作状态调至工作状态，以实现通过无线连接或电缆等有线连接将显微内窥镜1获取的图像数据传至显微内窥镜图像获取单元。该显微内窥镜1的分辨率高，一般在微米或亚微米精度，可达到对组织实现活检的要求。该显微内窥镜1在本实施方案中被安装在一个支架(图中未示出)上并可相对支架移动，医生在手术的操作过程中需要该显微内窥镜1配合使用时，直接用手将安装在支架上的显微内窥镜1移动至所需位置即可。该显微内窥镜1获取的图像数据是通过电信号实现传播，并不通过成像光路传输光学信号，该图像数据传输方式不仅使传输结构简单，且还能保证显微内窥镜图像获取单元对图像的处理，如控制图像的放大倍率或图像的亮度，以更好地满足医生在手术过程中的需求。
25.目视模组3中的显微内窥镜图像获取单元可包括一个透明显示器321，该透明显示器321设置于目镜33的焦平面上。该透明显示器321是透明的，其尺寸小于目镜33的视场(标准22mm)且同时是显微内窥镜相机尺寸的整数倍，其亮度可根据需要进行调节，且能对生成
图像进行不同倍率的放大，利于图像观察，能使图像显示地更加清晰，利于医生的观察进而提高手术效果。透明显示器321与显微内窥镜1之间电性连接，实现图像数据连接，如采用无线或有线方式连接，也即透明显示器321上会显示显微内窥镜1下组织的精密细节的图像，医生通过目镜33可以同时观察到手术显微镜模组2下的场景及组织的精密细节，可以在手术过程中实现实时在线活检，提高手术效果及手术效率。该透明显示器321的功能类似一块玻璃平板，由于制造误差，其在本发明的融合系统中可能会给成像光路带来像差，可以在系统中添加光路补偿装置进行校正。该补偿装置可设置在手术显微镜模组2与第一成像透镜31之间的平行光路中，其可优选为空间光调制器或非球面透镜。透明显示器321与显微内窥镜1的放置方式不同，目镜33中观察到显微内窥镜1的像的成像方向也不同：显微内窥镜1正置放置且透明显示器321倒置放置时，目镜33接收的显微内窥镜1的像为正像；或者，显微内窥镜1倒置放置且透明显示器321正置放置，这样也能保证目镜33观察到的为正像。同理，显微内窥镜1倒置放置且透明显示器321正置放置时，目镜33接收的显微内窥镜1的像为倒像；或者，显微内窥镜1正置放置且透明显示器321倒置放置，这样也能保证目镜33观察到的为倒像。
26.在另一实施方案中，如图2所示，目视模组3中的显微内窥镜图像获取单元包括微显示器322、投影物镜323及第一分光棱镜324，第一分光棱镜324设于目镜33与第一成像透镜31之间的成像光路中，微显示器322、投影物镜323及第一分光棱镜324之间形成的成像光路垂直于目镜33及第一分光棱镜324之间的成像光路。微显示器322上的图像通过投影物镜323及第一分光棱镜324成像至目镜33的焦平面上。微显示器322与显微内窥镜1之间采用无线或有线的电性连接方式实现图像数据传输，也即微显示器322上会显示显微内窥镜1下组织的精密细节的图像，医生通过目镜33也可以同时观察到手术显微镜模组2下的场景及组织的精密细节，可以在手术过程中实现实时在线活检，提高手术效果及手术效率。对于微显示器322，经投影物镜323投至目镜33焦平面上的像的尺寸小于目镜33视场(标准22mm)，微显示器322的尺寸为显微内窥镜相机尺寸的整数倍(如1倍，2倍等)。微显示器322的亮度可根据需要进行调整，且其可对生成图像的倍率也可根据需要进行不同倍率的放大，利于观察图像，优选在微显示器322上设置亮度调整旋钮和倍率调整旋钮。第一分光棱镜324的分光比可设置为9:1，也即第一成像透镜31输出光的透过率与投影物镜323输出光的透过率的比值为9:1，通过分光比的设置和微显示器322亮度的调节可使图像更加清晰，利于医生的手术观察，可提高手术效果。微显示器322与显微内窥镜1的放置方式不同，目镜33中观察到显微内窥镜1的像的成像方向也不同：微显示器322倒置放置且显微内窥镜1倒置放置时，目镜33接收的显微内窥镜1的像为正像；或者，微显示器322正置放置且显微内窥镜1正置放置，这样也能保证目镜33观察到的为正像。同理，微显示器322正置放置且显微内窥镜1倒置放置时，目镜33接收的显微内窥镜1的像为倒像；或者，微显示器322倒置放置且显微内窥镜1正置放置，这样也能保证目镜33观察到的为倒像。
27.本发明所提供的该融合系统还包括屏前探测模组，屏前探测模组包括显示器(图中未示出)、第二相机41、第二成像透镜42及第二分光棱镜43，第二分光棱镜43设于手术显微镜模组2与第一成像透镜31之间的平行光路中，第二分光棱镜43、第二成像透镜42及第二相机41组成的成像光路垂直于手术显微镜模组2与第一成像透镜31之间的平行光路，也即由手术显微镜模组2输出的平行光被第二分光棱镜43分成两部分，一部分进入目视模组3，
一部分进入屏前探测模组。进入屏前探测模组的光经第二成像透镜43汇聚至第二相机41的感光片上，再经显示器输出，该显示器具有较大显示屏，以便供助手医生查看手术显微镜模组2下的场景。屏前探测模组中的显示器还能与显微内窥镜1实现电性连接，如采用无线或有线的连接方式，也即该显示器也能显示显微内窥镜1获取的图像，该显示器可将来自显微内窥镜1的观察图像(即组织精密细节的图像)及手术显微镜模组2下的场景图像同时显示出来，方便助手医生的查看。屏前探测模组中的显示器上可通过两个不同区域来同时显示这两个图像(显微内窥镜1的观察图像和手术显微镜模组2下的场景图像)，能使观察者通过触摸屏或按键选择性地使显微内窥镜1的观察图像或手术显微镜模组2下的场景图像在较大区域内显示。
28.目视模组3还可包括保罗棱镜组34，保罗棱镜组34设于目镜33和第一成像透镜31之间，其用于折返光路，可以改变成像方向，也即通过它将第一成像透镜31所成的倒像再次上下颠倒变成正像，以使医生在目镜33中观察到手术显微镜模组2下的场景的正像。含有保罗棱镜组34的目视模组3使本发明该融合系统的目镜33成像与人体眼睛观察物体方向一样，有利于医生的观察和操作，提高手术效率和手术效果。
29.本发明还提供的一种手术显微镜和显微内窥镜的融合方法，该方法配合一种手术显微镜和显微内窥镜融合系统使用，该系统包括显微内窥镜1、手术显微镜模组2及目视模组3，目视模组3包括目镜33、显微内窥镜图像获取单元及第一成像透镜31，如图3所示，包括以下步骤：
30.s1：将显微内窥镜1与显微内窥镜图像获取单元电性连接。
31.通过设置显微内窥镜1启动电路的操作开关将显微内窥镜1调至工作模式，显微内窥镜1获取的图像数据可传输至显微内窥镜图像获取单元。当显微内窥镜图像获取单元为透明显示器321时，显微内窥镜1与透明显示器321电性连接(无线或电缆等有线连接)；当显微内窥镜图像获取单元包括微显示器322时，显微内窥镜1与微显示器322电性连接。
32.s2：将显微内窥镜图像获取单元所获取的图像成像至目镜33焦平面上。
33.当显微内窥镜图像获取单元包括透明显示器321时，透明显示器321置于目镜33的焦平面上，透明显示器321将显微内窥镜获取的图像显示至其显示屏上，由于透明显示器321具有一定厚度，可能会给成像光路带来像差，可以在手术显微镜模组2与第一成像透镜31之间的平行光路中设置补偿装置(图中未示出)进行校正，补偿装置优选空间光调制器或非球面透镜；当显微内窥镜图像获取单元包括微显示器322、投影物镜323及第一分光棱镜324时，微显示器322上的图像通过投影物镜323及第一分光棱镜324成像至目镜33的焦平面上。
34.s3：将显微内窥镜1置于手术显微镜模组2的视场范围内。
35.显微内窥镜1设置于一个支架上且能相对支架移动，在医生操作过程中，显微内窥镜1可在手术显微镜模组2视野范围内移动至医生想看到的位置。
36.s4：医生在目镜33中能同时看到显微内窥镜1所获取到的组织精密细节的图像及手术显微镜模组2下所观察到的场景图像，能对组织实时活检，实现诊断和治疗为一体的手术操作，也即能实现对组织实时在线活检并治疗。
37.作为优选步骤，在s3步骤之后，医生可先调整显微内窥镜图像获取单元的图像亮度和放大倍率，以便更清楚地观察图像。在本实施方案中，在透明显示器321或微显示器322
上设置有亮度调整旋钮和倍率调整旋钮，医生在目镜中观察组织图像时，若需要更好地观察效果，可以通过调整旋钮来实现对亮度和放大倍率的调整。
38.作为优选步骤，在s1步骤之前，将保罗棱镜组34设置于目镜33与第一成像透镜31之间的成像光路中。保罗棱镜组34用于折返光路，可以调整目镜33中的成像方向，使本发明该融合系统的目镜33成像与人体眼睛观察物体方向一样。
39.作为优选步骤，在s1步骤之前，在该融合系统中添加屏前探测模组，供助手医生观看。屏前探测模组包括第二成像棱镜43、第二成像透镜42、第二相机41及显示器，第二成像棱镜43将手术显微镜模组2输出的平行光分成两部分，一部分进入目视模组3，一部分进入屏前探测模组。进入屏前探测模组的光经第二成像透镜42汇聚至第二相机41的感光片上，再经显示器输出，也即显示出手术显微镜模组2下的场景图像。
40.在包含有屏前探测模组的融合系统，屏前探测模组的显示器还能与显微内窥镜1电性连接，使该显示器能同时显示出显微内窥镜1的观察图像及手术显微镜模组2下的场景图像，在此融合系统下的融合方法，其屏前探测模组的显示器与显微内窥镜1的电性连接的步骤可根据需要设置实施顺序。
41.综上所述，本发明提供了一种手术显微镜和显微内窥镜的融合方法及与其相配合的融合系统，在目视系统3中设置显微内窥镜图像获取单元，该显微内窥镜获取单元与显微内窥镜1之间电性连接来传输图像数据，且显微内窥镜1设置于手术显微镜模组2的视野范围内，实现了手术显微镜与显微内窥镜1的融合，使医生可以在目镜33下同时观察到显微内窥镜1的观察图像及手术显微镜模组2下的场景图像，并能在目镜33观察下移动显微内窥镜1至想看到的位置，该融合系统可以在手术过程中对组织实时活检，实现诊断与治疗一体，提高了手术效率与手术效果。
42.以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。