内窥镜摄像系统由哪些设备组成?

除内窥镜和微创手术器械外,内窥镜微创医疗器械还包括内窥镜摄像系统摄像机、监视器、冷光源等配套设备。冷光源将体外光源红外过滤后导入体内为诊断和手术提供照明,使医生能够在近于自然光下观察。此外,冷光源工作时发热少,不会灼伤人体腔道粘膜。通过冷光源照明,内窥镜观察的视野更为清晰,大大提高了临床诊断和微创治疗的准确性。

内窥镜摄像系统

内窥镜摄像系统摄像机的光学接口与内窥镜相接,将光学图像转换成电信号,电信号经摄像电缆传至信号转换器,再经信号转换器将电信号转化为视频信号并输出到监视器,供医生进行图像观察和手术操作。医生可通过监视器屏幕获得动态和静态图像,并对局部放大处理,方便术中诊断和讨论,提高了效果,而患者也可以通过图像了解病情,有利于医患双方沟通交流,并可记载诊疗信息,并可实现图像采集与处理、诊断编辑、报告打印、病历查询、统计分析等功能。

内窥镜微创医疗器械产业主要受医疗技术水平的发展而推动,由于国内内窥镜微创医疗技术发展较晚,因此内窥镜摄像系统行业的产业化进程整体上落后于发达国家,在我国属于新兴行业。

内窥镜摄像系统有什么使用优势?

微创手术器械的规格远小于传统手术器械,具有定位准确、操作灵活,手术过程中对周围组织和器官的损伤较小等特点,微创效果明显。随着内窥镜微创技术的推广和普及,与内窥镜摄像系统配套使用的微创手术器械种类越来越丰富,主要可分为耳鼻喉科微创手术器械、外科微创手术器械、妇科微创手术器械等。

内窥镜摄像系统

内窥镜摄像系统中,硬管内窥镜外镜体通常为金属质地,利用透镜、棱镜构成光学系统,实现图像传输,既可以通过目镜直接观察,也可经光学接口与微型图像传感(CCD)摄像机相连,将图像传输到监视器屏幕上以供观察和诊断;与硬管内窥镜利用光学镜片传输图像不同,纤维内窥镜主要利用玻璃纤维光束作为导光传像的元件,镜头柔软可弯;与硬管内窥镜中的光学接口与CCD连接不同,电子内窥镜通过将CCD装入内窥镜顶部替代内镜头端部,用电缆替代玻璃纤维传导图像,直接将光信号转化为电信号,再经过视频处理将图像显示在监视器屏幕上。

目前,硬管内窥镜、纤维内窥镜和电子内窥镜在实际应用中存有一定差异,硬管内窥镜发展历史相对较长,产品技术与医疗实践成熟,成像清晰,部分硬管内窥镜带有手术操作通道,可直接利用微创手术器械通过通道进行手术治疗,简化了手术过程,减轻了病人痛苦,某些硬管内窥镜可通过高温高压消毒。产品基本覆盖所有科室,是医疗机构主要使用的微创诊疗产品之一。

纤维内窥镜的特点是镜头前端可被操控改变方向,减少了检查盲区,但质地柔软,不易固定,更适合通过人体自然腔道用作观察和诊断,但不宜高温高压消毒;内窥镜摄像系统中电子内窥镜将CCD置于镜头端部,像素增加,比纤维内镜有更佳的分辨率,由于发展时间短,种类相对较少,不宜高温高压消毒。

如何正确操作内窥镜摄像系统?

内窥镜微创医疗器械主要由内窥镜、微创手术器械和配套设备构成,其中内窥镜摄像系统主要包括硬管内窥镜、纤维内窥镜和电子内窥镜;微创手术器械可分为耳鼻喉科微创手术器械、外科微创手术器械和妇科微创手术器械等;配套设备主要包括摄像机、监视器、冷光源等。

内窥镜摄像系统

内窥镜摄像系统是目前为止医务人员观察人体内部病变组织方便、直接、有效的医疗器械,广泛应用于耳鼻喉科、腹部外科、泌尿外科、肛肠外科、骨外科、胸腔心血管外科、神经外科、妇科等领域,按其成像构造和特性主要可分为硬管内窥镜、纤维内窥镜和电子内窥镜。

在内窥镜微创医疗器械的操作过程中,医务人员利用内窥镜经人体自然腔道或细小手术切口进入人体,借助冷光源的高亮度照射,通过成像系统对体内器官进行临床诊断,并利用微创手术器械进行微创治疗。以现代内窥镜系统为核心的微创技术已推广到耳鼻喉科、腹部外科、泌尿外科、肛肠科、骨外科、胸腔心血管外科、神经外科、妇科等多个科室,从简单的腹腔镜下息肉摘除到心脏搭桥均有涉及,几乎所有传统的耳鼻喉、外科及妇科手术都可以借助内窥镜摄像系统来完成。

灰阶监视器的使用寿命是多长?

相对于普通显示器, 灰阶显示器的价格较为昂贵。不论是CRT显示器或LCD显示器, 亮度都会随着时间而衰减。一般显示器寿命的定义是当亮度衰减到至大亮度的50%的时间。以液晶显示器而言, 此时间大约是30,000小时到50,000小时即使在使用寿命时间内, 亮度并不是每天都相同的。

灰阶监视器

所以隔一段时间 (大约三个月到六个月), 显示器必须要做亮度及灰阶的校正, 以保证灰阶监视器的一致性,如果显示器数量很多, 工作量也是相当大的。较先进的灰阶监视器内部有传感器(Sensor), 能侦测显示器的亮度变化而自动调整.使显示器在使用寿命内能随时保持亮度稳定。液晶显示器的亮度并不是很稳定。它的亮度会随温度不同而改变.现在有些显示器内部有传感器(Sensor), 能侦测显示器的亮度变化而自动调整,这样就可以节省很多的人力。

如果隔了一段时间,灰阶监视器同一图像其显示质量还是一样,犹如看同一张胶片一样。整体性是指在医院内不同地点的工作站上显示的同一图像其亮度、灰度、对比度等是一样的,这样不同地点医生看到的是同样的图像;当打印出来的图像与显示在监视器上的图像也是一样的。这样不管何种媒质上的图像也均是一样的。

应该从哪些方面考量灰阶监视器的选配?

配能进行DICOM校正的灰阶监视器,有校正软件;显示器背面有光学传感器接口,可以接入光学传感器进行校正,否则无法进行校正。选配有亮度恒定装置的显示器,以保证显示器的亮度不随时间变化,它可以保证系统显示器的一致性和整体性。

灰阶监视器

由于教学的要求和医生的习惯,国内外医生都习惯用笔在胶片或显示屏上指点示意,来表达对影像具体细节的观点,液晶屏材料是易破损材料,为了适应环境,灰阶监视器厂家会负责任的在生产时安装上液晶屏的保护板。 所以,选配显示器要有液晶屏的保护板。

诊断工作站建议配置3MP、5MP显示器,无乳腺机和平板DR的以选3MP为主。观察、教学工作站建议配置2MP、1MP显示器。选配显示器有配套的专用显卡,有10bit输出灰阶的。

从认证方面选:选配有医疗认证: FDA510(k)、ISO13485认证的,安全认证: CE、UL、CCC认证的才算的上医疗灰阶监视器。CCC认证是中国强制安全认证, 如果只有CCC认证是不应当用于医疗领域的。

灰阶监视器的用途是什么?

灰阶是指灰阶监视器显示从至亮值到至黑值之间所能够显示的层次。灰阶是真实显示医学图像中患者病灶的一个重要参数,只有灰阶的层次多,才能够保证较高的读片质量。普通显示器有 8bit- 256 灰阶,用于显示彩色图象,无灰阶要求;医疗显示器有 10 bit-1024 灰阶,用于显示 X 光灰阶图象,于诊断相关。

灰阶监视器

亮度是以每平方米烛光(cd/m2)为测量单位,它是表示背灯管光源所能产生的至大亮度。由于显示器需要高灰阶来表达医疗放射影像,高亮度相应拉大了至黑到至白之间的灰阶度,为医师的诊断提供了等同于胶片的灰阶效果。普通显示器亮度在 200-300cd/m2,无亮度恒定的要求,而灰阶监视器在600-700 cd/m2,经过校正设定的亮度在 400-500 cd/m2 之间;要求 3 万小时甚至10 万小时亮度值保持不变。

亮度恒定对灰阶监视器而言很重要,保证显示器亮度不随时间变化。 实验研究证明,显示器亮度与肉眼敏感度的关系,当亮度500cd/m2 时,肉眼敏感度为700,当亮度在 800 cd/m2 时,肉眼敏感度为 777(至大),理想亮度在 400~500 cd/m2,在实际应用中亮度值基本设定在 400-500 之间,这样使用者才不会感到疲劳。

怎么选择灰阶显示器的显卡?

人眼对灰阶的反应并不是线性的关系。我们眼睛对黑暗部分的反应不如明亮部分灵敏。一般检验显示系统是否符合DICOM 显示函数是用SMPTE 图案。在此图案中有两个小方块。一个是白色中间有一个95%的白方块。另一个是0%的白色(全黑)中间是一个5%白色的方块。灰阶显示器显示系统要能同时很清楚的显示中间的小方块。

灰阶显示器

怎么选择灰阶显示器的显卡?彩色显示器和没有DICOM显示函数校准的黑白显示器,无法很清楚的显示5%及95%这两个小方块。若有病灶正好处于此处的灰阶位置时,很容易漏诊断。在放射学的诊断中,这种灰度差异(组织密度小差异性),有可能对早期病灶的诊断有很大的帮助。

显示器在显示黑白影像的灰阶数是和显卡相关的,普通显卡更多的关心彩色显示参数,如:显存,速度,彩色位数等。但是, windows系统是8bit输出显示,反映黑白影像时的灰阶,还是256个灰阶。由于windows在调色盘上要独占20个颜色,影像实际只有236个灰阶,这就是普通显卡常常遇到的灰阶不连续的问题。

专用显卡解决灰阶不连续的问题有两种类型:1类:输入:10bit~输出:10bit;(显示灰阶:1024);输入:10bit~输出:11bit;(显示灰阶:2048);2类:输入:8bit~输出:10bit;(显示灰阶:1024);输入:8bit~输出:11bit;(显示灰阶:1024);1类显卡技术先进,成本昂贵.应用软件需要二次开发显示程序,不适合国情;2类显卡不需要二次开发程序,在国内业界很受欢迎,并且安装调试容易,兼容性好。总之,要达到很好地再现灰阶连续的黑白影像,就应选配输出灰阶在10bit以上灰阶显示器显卡。

如何维护和校正灰阶显示器?

灰阶显示器,直接关系到人的生命安全,所以定期的显示器的性能检验是非常必要的,这个性能检验我们称之为校正。由于不同显示器在不同的摆放环境下,以及它本身固有的衰减,原来标准的输入输出DICOM曲线,会不再符合这一标准,于是就要通过校正灰阶显示器和软件,重新调整。

灰阶显示器

灰阶显示器是否一定要搭配显卡?理论上,我们的建议是显示器搭配显卡。一般的显示器分辨率都很高,而目前市场上的一般显卡无法达到这一要求。目前的显示器都是灰阶的,而市场上的显卡使彩色的,无法准确表达出灰阶的差异。医学显卡都内置一块可擦写的存储器,用于对显示器的校正。

显示器的DICOM曲线曲线是显示器特性中重要的参数之一,它直接反映该灰阶显示器的性能。关于显示器的输入和输出,由于电子元器件的特性,它并不是线形的关系。输入输出特性曲线的两端,输入的变化引起的输出的变化不够明显,假设至大的输入和至大的输出都是0-99,在开始阶段,输入是5,也许其输出只是2,如果这种情况直接应用在医学的影像上,就会发现显示器无法正确辨认出一些细微的软组织的密度变化。为了给显示器的性能指定一个规范,世界医学组织制定了DICOM标准,就是为了拉大每个灰阶的差异,即在输入是5的情况下,使输出也为5。

灰阶显示器和彩色显示器的差异在哪里?

灰阶显示器和传统的胶卷都是单色的,医生更容易接受。高灰阶,如10BIT,12BIT准确细致反映图象质量。为了能够区别每个灰阶,显示器的亮度都很高,达到几百个甚至上千cd/m²。为呈现细致的影像,灰阶显示器的分辨率都很高,如5M的分辨率为2048×2560。

灰阶显示器

一般搭配有灰阶显卡。显示器能够通过专用的校正仪和校正软件对显示器的输入和输出进行曲线校正,使之符合DICOM曲线。显示器经过质量认证。灰阶显示器和传统的胶卷都是单色的,医生更容易接受;而用彩色显示器表现单色的医学影像,有可能会出现掉色的情况。

灰阶显示器的亮度很高,这样就可以拉开每一个灰阶的差别,其亮度都在2百cd/m²以上;而彩色显示器的亮度一般在100以下。目前市场上的商用显示器都是横屏的,如分辨率为1024X768的显示器,表示共有768行,每行有1024个点组成;而竖屏正好与之相反,如上述的分辨率在该显示器上为768X1024。竖屏显示器和横屏显示器在医学上有各自不同的应用。如竖屏适合CR、DR等;而横屏多应用与CT、心血管造影、数字减影等。

内窥镜摄像系统的CMOS是什么?

内窥镜摄像系统中,感光元件——CCD(光电耦合器)与CMOS(互补金属氧化物半导体)之间是没有硝烟的战争。跟CCD比起来,CMOS是摄影界当之无愧的后起之秀。CMOS光学结构简单、感光度高、读取速度快等技术特点才被世人熟知,并逐渐替代CCD的地位。到如今,几乎所有单反、夜间摄像机、高速工业摄像机、包括iPhone6都已经使用CMOS作为感光元件。

内窥镜摄像系统

内窥镜摄像系统中,模拟视频信号会由于高频设备干扰或模拟-数字信号转换时产生的高热量产生噪点。而CMOS的优势在于,在每一个像素点上都有一个放大器完成光信号到电压的转换,直接转换完成的数字信号在成像的过程中不容易产生噪点。不同于民用摄像领域快速的更新换代,医疗摄像领域仅起在CMOS应用的起步阶段。

  1. 画面细节提升33%
    以往CCD摄像系统在传输过程中,噪点较容易首先产生在画面边缘,无法显示真实的组织细节。这在做一些淋巴结清扫与神经保护时容易造成混淆发生事故。通过无衰减的CMOS全数字信号传输,可以将画面细节提高33%,全画面还原真实组织。
  2. 亮度均匀分布
    目前LED与300W氙灯光源广泛应用,可以保证腔体内整体亮度满足手术要求。但部分间隙与有遮挡部分的组织亮度依旧不足,对手术造成风险,如子宫及附件手术中对输尿管的保护,往往是在光照不足的情况下完成。内窥镜摄像系统CMOS的高感光度特点使组织在光源照射不足的情况下,依然可以反馈足够的亮度表现,从而降低手术风险。
  3. 画面锐度提升
    腔镜手术画面的锐度代表着更好的色彩层次感和组织立体感,一般通过内置的“像素增强”来提升,但使用“像素增强”会产生明显噪点反而降低清晰度。内窥镜摄像系统CMOS的高信噪比可以使“像素增强”效果在无噪点的条件下提升一倍,显著提升画面锐度。