內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)由哪些設(shè)備組成?

除內(nèi)窺鏡和微創(chuàng)手術(shù)器械外,內(nèi)窺鏡微創(chuàng)醫(yī)療器械還包括內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)攝像機(jī)、監(jiān)視器、冷光源等配套設(shè)備。冷光源將體外光源紅外過濾后導(dǎo)入體內(nèi)為診斷和手術(shù)提供照明,使醫(yī)生能夠在近于自然光下觀察。此外,冷光源工作時(shí)發(fā)熱少,不會(huì)灼傷人體腔道粘膜。通過冷光源照明,內(nèi)窺鏡觀察的視野更為清晰,大大提高了臨床診斷和微創(chuàng)治療的準(zhǔn)確性。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)攝像機(jī)的光學(xué)接口與內(nèi)窺鏡相接,將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號,電信號經(jīng)攝像電纜傳至信號轉(zhuǎn)換器,再經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化為視頻信號并輸出到監(jiān)視器,供醫(yī)生進(jìn)行圖像觀察和手術(shù)操作。醫(yī)生可通過監(jiān)視器屏幕獲得動(dòng)態(tài)和靜態(tài)圖像,并對局部放大處理,方便術(shù)中診斷和討論,提高了效果,而患者也可以通過圖像了解病情,有利于醫(yī)患雙方溝通交流,并可記載診療信息,并可實(shí)現(xiàn)圖像采集與處理、診斷編輯、報(bào)告打印、病歷查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

內(nèi)窺鏡微創(chuàng)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)主要受醫(yī)療技術(shù)水平的發(fā)展而推動(dòng),由于國內(nèi)內(nèi)窺鏡微創(chuàng)醫(yī)療技術(shù)發(fā)展較晚,因此內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程整體上落后于發(fā)達(dá)國家,在我國屬于新興行業(yè)。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)有什么使用優(yōu)勢?

微創(chuàng)手術(shù)器械的規(guī)格遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)手術(shù)器械,具有定位準(zhǔn)確、操作靈活,手術(shù)過程中對周圍組織和器官的損傷較小等特點(diǎn),微創(chuàng)效果明顯。隨著內(nèi)窺鏡微創(chuàng)技術(shù)的推廣和普及,與內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)配套使用的微創(chuàng)手術(shù)器械種類越來越豐富,主要可分為耳鼻喉科微創(chuàng)手術(shù)器械、外科微創(chuàng)手術(shù)器械、婦科微創(chuàng)手術(shù)器械等。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)中,硬管內(nèi)窺鏡外鏡體通常為金屬質(zhì)地,利用透鏡、棱鏡構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)圖像傳輸,既可以通過目鏡直接觀察,也可經(jīng)光學(xué)接口與微型圖像傳感(CCD)攝像機(jī)相連,將圖像傳輸?shù)奖O(jiān)視器屏幕上以供觀察和診斷;與硬管內(nèi)窺鏡利用光學(xué)鏡片傳輸圖像不同,纖維內(nèi)窺鏡主要利用玻璃纖維光束作為導(dǎo)光傳像的元件,鏡頭柔軟可彎;與硬管內(nèi)窺鏡中的光學(xué)接口與CCD連接不同,電子內(nèi)窺鏡通過將CCD裝入內(nèi)窺鏡頂部替代內(nèi)鏡頭端部,用電纜替代玻璃纖維傳導(dǎo)圖像,直接將光信號轉(zhuǎn)化為電信號,再經(jīng)過視頻處理將圖像顯示在監(jiān)視器屏幕上。

目前,硬管內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)窺鏡在實(shí)際應(yīng)用中存有一定差異,硬管內(nèi)窺鏡發(fā)展歷史相對較長,產(chǎn)品技術(shù)與醫(yī)療實(shí)踐成熟,成像清晰,部分硬管內(nèi)窺鏡帶有手術(shù)操作通道,可直接利用微創(chuàng)手術(shù)器械通過通道進(jìn)行手術(shù)治療,簡化了手術(shù)過程,減輕了病人痛苦,某些硬管內(nèi)窺鏡可通過高溫高壓消毒。產(chǎn)品基本覆蓋所有科室,是醫(yī)療機(jī)構(gòu)主要使用的微創(chuàng)診療產(chǎn)品之一。

纖維內(nèi)窺鏡的特點(diǎn)是鏡頭前端可被操控改變方向,減少了檢查盲區(qū),但質(zhì)地柔軟,不易固定,更適合通過人體自然腔道用作觀察和診斷,但不宜高溫高壓消毒;內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)中電子內(nèi)窺鏡將CCD置于鏡頭端部,像素增加,比纖維內(nèi)鏡有更佳的分辨率,由于發(fā)展時(shí)間短,種類相對較少,不宜高溫高壓消毒。

如何正確操作內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)?

內(nèi)窺鏡微創(chuàng)醫(yī)療器械主要由內(nèi)窺鏡、微創(chuàng)手術(shù)器械和配套設(shè)備構(gòu)成,其中內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)主要包括硬管內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)窺鏡;微創(chuàng)手術(shù)器械可分為耳鼻喉科微創(chuàng)手術(shù)器械、外科微創(chuàng)手術(shù)器械和婦科微創(chuàng)手術(shù)器械等;配套設(shè)備主要包括攝像機(jī)、監(jiān)視器、冷光源等。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)是目前為止醫(yī)務(wù)人員觀察人體內(nèi)部病變組織方便、直接、有效的醫(yī)療器械,廣泛應(yīng)用于耳鼻喉科、腹部外科、泌尿外科、肛腸外科、骨外科、胸腔心血管外科、神經(jīng)外科、婦科等領(lǐng)域,按其成像構(gòu)造和特性主要可分為硬管內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)窺鏡。

在內(nèi)窺鏡微創(chuàng)醫(yī)療器械的操作過程中,醫(yī)務(wù)人員利用內(nèi)窺鏡經(jīng)人體自然腔道或細(xì)小手術(shù)切口進(jìn)入人體,借助冷光源的高亮度照射,通過成像系統(tǒng)對體內(nèi)器官進(jìn)行臨床診斷,并利用微創(chuàng)手術(shù)器械進(jìn)行微創(chuàng)治療。以現(xiàn)代內(nèi)窺鏡系統(tǒng)為核心的微創(chuàng)技術(shù)已推廣到耳鼻喉科、腹部外科、泌尿外科、肛腸科、骨外科、胸腔心血管外科、神經(jīng)外科、婦科等多個(gè)科室,從簡單的腹腔鏡下息肉摘除到心臟搭橋均有涉及,幾乎所有傳統(tǒng)的耳鼻喉、外科及婦科手術(shù)都可以借助內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)來完成。

灰階監(jiān)視器的使用壽命是多長?

相對于普通顯示器, 灰階顯示器的價(jià)格較為昂貴。不論是CRT顯示器或LCD顯示器, 亮度都會(huì)隨著時(shí)間而衰減。一般顯示器壽命的定義是當(dāng)亮度衰減到至大亮度的50%的時(shí)間。以液晶顯示器而言, 此時(shí)間大約是30,000小時(shí)到50,000小時(shí)即使在使用壽命時(shí)間內(nèi), 亮度并不是每天都相同的。

灰階監(jiān)視器

所以隔一段時(shí)間 (大約三個(gè)月到六個(gè)月), 顯示器必須要做亮度及灰階的校正, 以保證灰階監(jiān)視器的一致性,如果顯示器數(shù)量很多, 工作量也是相當(dāng)大的。較先進(jìn)的灰階監(jiān)視器內(nèi)部有傳感器(Sensor), 能偵測顯示器的亮度變化而自動(dòng)調(diào)整.使顯示器在使用壽命內(nèi)能隨時(shí)保持亮度穩(wěn)定。液晶顯示器的亮度并不是很穩(wěn)定。它的亮度會(huì)隨溫度不同而改變.現(xiàn)在有些顯示器內(nèi)部有傳感器(Sensor), 能偵測顯示器的亮度變化而自動(dòng)調(diào)整,這樣就可以節(jié)省很多的人力。

如果隔了一段時(shí)間,灰階監(jiān)視器同一圖像其顯示質(zhì)量還是一樣,猶如看同一張膠片一樣。整體性是指在醫(yī)院內(nèi)不同地點(diǎn)的工作站上顯示的同一圖像其亮度、灰度、對比度等是一樣的,這樣不同地點(diǎn)醫(yī)生看到的是同樣的圖像;當(dāng)打印出來的圖像與顯示在監(jiān)視器上的圖像也是一樣的。這樣不管何種媒質(zhì)上的圖像也均是一樣的。

應(yīng)該從哪些方面考量灰階監(jiān)視器的選配?

配能進(jìn)行DICOM校正的灰階監(jiān)視器,有校正軟件;顯示器背面有光學(xué)傳感器接口,可以接入光學(xué)傳感器進(jìn)行校正,否則無法進(jìn)行校正。選配有亮度恒定裝置的顯示器,以保證顯示器的亮度不隨時(shí)間變化,它可以保證系統(tǒng)顯示器的一致性和整體性。

灰階監(jiān)視器

由于教學(xué)的要求和醫(yī)生的習(xí)慣,國內(nèi)外醫(yī)生都習(xí)慣用筆在膠片或顯示屏上指點(diǎn)示意,來表達(dá)對影像具體細(xì)節(jié)的觀點(diǎn),液晶屏材料是易破損材料,為了適應(yīng)環(huán)境,灰階監(jiān)視器廠家會(huì)負(fù)責(zé)任的在生產(chǎn)時(shí)安裝上液晶屏的保護(hù)板。 所以,選配顯示器要有液晶屏的保護(hù)板。

診斷工作站建議配置3MP、5MP顯示器,無乳腺機(jī)和平板DR的以選3MP為主。觀察、教學(xué)工作站建議配置2MP、1MP顯示器。選配顯示器有配套的專用顯卡,有10bit輸出灰階的。

從認(rèn)證方面選:選配有醫(yī)療認(rèn)證: FDA510(k)、ISO13485認(rèn)證的,安全認(rèn)證: CE、UL、CCC認(rèn)證的才算的上醫(yī)療灰階監(jiān)視器。CCC認(rèn)證是中國強(qiáng)制安全認(rèn)證, 如果只有CCC認(rèn)證是不應(yīng)當(dāng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的。

灰階監(jiān)視器的用途是什么?

灰階是指灰階監(jiān)視器顯示從至亮值到至黑值之間所能夠顯示的層次?;译A是真實(shí)顯示醫(yī)學(xué)圖像中患者病灶的一個(gè)重要參數(shù),只有灰階的層次多,才能夠保證較高的讀片質(zhì)量。普通顯示器有 8bit- 256 灰階,用于顯示彩色圖象,無灰階要求;醫(yī)療顯示器有 10 bit-1024 灰階,用于顯示 X 光灰階圖象,于診斷相關(guān)。

灰階監(jiān)視器

亮度是以每平方米燭光(cd/m2)為測量單位,它是表示背燈管光源所能產(chǎn)生的至大亮度。由于顯示器需要高灰階來表達(dá)醫(yī)療放射影像,高亮度相應(yīng)拉大了至黑到至白之間的灰階度,為醫(yī)師的診斷提供了等同于膠片的灰階效果。普通顯示器亮度在 200-300cd/m2,無亮度恒定的要求,而灰階監(jiān)視器在600-700 cd/m2,經(jīng)過校正設(shè)定的亮度在 400-500 cd/m2 之間;要求 3 萬小時(shí)甚至10 萬小時(shí)亮度值保持不變。

亮度恒定對灰階監(jiān)視器而言很重要,保證顯示器亮度不隨時(shí)間變化。 實(shí)驗(yàn)研究證明,顯示器亮度與肉眼敏感度的關(guān)系,當(dāng)亮度500cd/m2 時(shí),肉眼敏感度為700,當(dāng)亮度在 800 cd/m2 時(shí),肉眼敏感度為 777(至大),理想亮度在 400~500 cd/m2,在實(shí)際應(yīng)用中亮度值基本設(shè)定在 400-500 之間,這樣使用者才不會(huì)感到疲勞。

怎么選擇灰階顯示器的顯卡?

人眼對灰階的反應(yīng)并不是線性的關(guān)系。我們眼睛對黑暗部分的反應(yīng)不如明亮部分靈敏。一般檢驗(yàn)顯示系統(tǒng)是否符合DICOM 顯示函數(shù)是用SMPTE 圖案。在此圖案中有兩個(gè)小方塊。一個(gè)是白色中間有一個(gè)95%的白方塊。另一個(gè)是0%的白色(全黑)中間是一個(gè)5%白色的方塊?;译A顯示器顯示系統(tǒng)要能同時(shí)很清楚的顯示中間的小方塊。

灰階顯示器

怎么選擇灰階顯示器的顯卡?彩色顯示器和沒有DICOM顯示函數(shù)校準(zhǔn)的黑白顯示器,無法很清楚的顯示5%及95%這兩個(gè)小方塊。若有病灶正好處于此處的灰階位置時(shí),很容易漏診斷。在放射學(xué)的診斷中,這種灰度差異(組織密度小差異性),有可能對早期病灶的診斷有很大的幫助。

顯示器在顯示黑白影像的灰階數(shù)是和顯卡相關(guān)的,普通顯卡更多的關(guān)心彩色顯示參數(shù),如:顯存,速度,彩色位數(shù)等。但是, windows系統(tǒng)是8bit輸出顯示,反映黑白影像時(shí)的灰階,還是256個(gè)灰階。由于windows在調(diào)色盤上要獨(dú)占20個(gè)顏色,影像實(shí)際只有236個(gè)灰階,這就是普通顯卡常常遇到的灰階不連續(xù)的問題。

專用顯卡解決灰階不連續(xù)的問題有兩種類型:1類:輸入:10bit~輸出:10bit;(顯示灰階:1024);輸入:10bit~輸出:11bit;(顯示灰階:2048);2類:輸入:8bit~輸出:10bit;(顯示灰階:1024);輸入:8bit~輸出:11bit;(顯示灰階:1024);1類顯卡技術(shù)先進(jìn),成本昂貴.應(yīng)用軟件需要二次開發(fā)顯示程序,不適合國情;2類顯卡不需要二次開發(fā)程序,在國內(nèi)業(yè)界很受歡迎,并且安裝調(diào)試容易,兼容性好??傊?要達(dá)到很好地再現(xiàn)灰階連續(xù)的黑白影像,就應(yīng)選配輸出灰階在10bit以上灰階顯示器顯卡。

如何維護(hù)和校正灰階顯示器?

灰階顯示器,直接關(guān)系到人的生命安全,所以定期的顯示器的性能檢驗(yàn)是非常必要的,這個(gè)性能檢驗(yàn)我們稱之為校正。由于不同顯示器在不同的擺放環(huán)境下,以及它本身固有的衰減,原來標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出DICOM曲線,會(huì)不再符合這一標(biāo)準(zhǔn),于是就要通過校正灰階顯示器和軟件,重新調(diào)整。

灰階顯示器

灰階顯示器是否一定要搭配顯卡?理論上,我們的建議是顯示器搭配顯卡。一般的顯示器分辨率都很高,而目前市場上的一般顯卡無法達(dá)到這一要求。目前的顯示器都是灰階的,而市場上的顯卡使彩色的,無法準(zhǔn)確表達(dá)出灰階的差異。醫(yī)學(xué)顯卡都內(nèi)置一塊可擦寫的存儲器,用于對顯示器的校正。

顯示器的DICOM曲線曲線是顯示器特性中重要的參數(shù)之一,它直接反映該灰階顯示器的性能。關(guān)于顯示器的輸入和輸出,由于電子元器件的特性,它并不是線形的關(guān)系。輸入輸出特性曲線的兩端,輸入的變化引起的輸出的變化不夠明顯,假設(shè)至大的輸入和至大的輸出都是0-99,在開始階段,輸入是5,也許其輸出只是2,如果這種情況直接應(yīng)用在醫(yī)學(xué)的影像上,就會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示器無法正確辨認(rèn)出一些細(xì)微的軟組織的密度變化。為了給顯示器的性能指定一個(gè)規(guī)范,世界醫(yī)學(xué)組織制定了DICOM標(biāo)準(zhǔn),就是為了拉大每個(gè)灰階的差異,即在輸入是5的情況下,使輸出也為5。

灰階顯示器和彩色顯示器的差異在哪里?

灰階顯示器和傳統(tǒng)的膠卷都是單色的,醫(yī)生更容易接受。高灰階,如10BIT,12BIT準(zhǔn)確細(xì)致反映圖象質(zhì)量。為了能夠區(qū)別每個(gè)灰階,顯示器的亮度都很高,達(dá)到幾百個(gè)甚至上千cd/m2。為呈現(xiàn)細(xì)致的影像,灰階顯示器的分辨率都很高,如5M的分辨率為2048×2560。

灰階顯示器

一般搭配有灰階顯卡。顯示器能夠通過專用的校正儀和校正軟件對顯示器的輸入和輸出進(jìn)行曲線校正,使之符合DICOM曲線。顯示器經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證。灰階顯示器和傳統(tǒng)的膠卷都是單色的,醫(yī)生更容易接受;而用彩色顯示器表現(xiàn)單色的醫(yī)學(xué)影像,有可能會(huì)出現(xiàn)掉色的情況。

灰階顯示器的亮度很高,這樣就可以拉開每一個(gè)灰階的差別,其亮度都在2百cd/m2以上;而彩色顯示器的亮度一般在100以下。目前市場上的商用顯示器都是橫屏的,如分辨率為1024X768的顯示器,表示共有768行,每行有1024個(gè)點(diǎn)組成;而豎屏正好與之相反,如上述的分辨率在該顯示器上為768X1024。豎屏顯示器和橫屏顯示器在醫(yī)學(xué)上有各自不同的應(yīng)用。如豎屏適合CR、DR等;而橫屏多應(yīng)用與CT、心血管造影、數(shù)字減影等。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的CMOS是什么?

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)中,感光元件——CCD(光電耦合器)與CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)之間是沒有硝煙的戰(zhàn)爭。跟CCD比起來,CMOS是攝影界當(dāng)之無愧的后起之秀。CMOS光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、感光度高、讀取速度快等技術(shù)特點(diǎn)才被世人熟知,并逐漸替代CCD的地位。到如今,幾乎所有單反、夜間攝像機(jī)、高速工業(yè)攝像機(jī)、包括iPhone6都已經(jīng)使用CMOS作為感光元件。

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)

內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)中,模擬視頻信號會(huì)由于高頻設(shè)備干擾或模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的高熱量產(chǎn)生噪點(diǎn)。而CMOS的優(yōu)勢在于,在每一個(gè)像素點(diǎn)上都有一個(gè)放大器完成光信號到電壓的轉(zhuǎn)換,直接轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號在成像的過程中不容易產(chǎn)生噪點(diǎn)。不同于民用攝像領(lǐng)域快速的更新?lián)Q代,醫(yī)療攝像領(lǐng)域僅起在CMOS應(yīng)用的起步階段。

  1. 畫面細(xì)節(jié)提升33%
    以往CCD攝像系統(tǒng)在傳輸過程中,噪點(diǎn)較容易首先產(chǎn)生在畫面邊緣,無法顯示真實(shí)的組織細(xì)節(jié)。這在做一些淋巴結(jié)清掃與神經(jīng)保護(hù)時(shí)容易造成混淆發(fā)生事故。通過無衰減的CMOS全數(shù)字信號傳輸,可以將畫面細(xì)節(jié)提高33%,全畫面還原真實(shí)組織。
  2. 亮度均勻分布
    目前LED與300W氙燈光源廣泛應(yīng)用,可以保證腔體內(nèi)整體亮度滿足手術(shù)要求。但部分間隙與有遮擋部分的組織亮度依舊不足,對手術(shù)造成風(fēng)險(xiǎn),如子宮及附件手術(shù)中對輸尿管的保護(hù),往往是在光照不足的情況下完成。內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)CMOS的高感光度特點(diǎn)使組織在光源照射不足的情況下,依然可以反饋?zhàn)銐虻牧炼缺憩F(xiàn),從而降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
  3. 畫面銳度提升
    腔鏡手術(shù)畫面的銳度代表著更好的色彩層次感和組織立體感,一般通過內(nèi)置的“像素增強(qiáng)”來提升,但使用“像素增強(qiáng)”會(huì)產(chǎn)生明顯噪點(diǎn)反而降低清晰度。內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)CMOS的高信噪比可以使“像素增強(qiáng)”效果在無噪點(diǎn)的條件下提升一倍,顯著提升畫面銳度。