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电子内窥镜成像原理与二种摄像方式CCD简介

2011-05-09 11:46阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2146007190

内窥镜的历史经历了从硬性光学内窥镜到光导纤维内窥镜再到电子内窥镜的过程。随着半导体和计算机技术的飞速发展，1983年美国人（雅能Welch Allyn公司）首先发明了电子内窥镜并应用于临床，被认为是内窥镜发展史上的第三个里程碑。随后日本的奥林巴斯、富士潘太克斯等公司也相继开发了各具特色的电子内镜。

电子内窥镜不是通过光学镜头或光导纤维传导图像，而是通过装在内窥镜先端被称为“微型摄像机”的光电耦合元件CCD将光能转变为电能，再经过图像处理器“重建”高清晰度的、色彩逼真的图像显示在监视器屏幕上。

1 基本组成结构：
电子内窥镜的主要结构由CCD耦合腔镜、腔内冷光照明系统、视频处理系统、和显示打印系统等部分组成。CCD耦合腔镜将CCD耦合器件置于腔镜先端，直接对腔内组织或部位进行直接摄像，经电缆传输信号到图像中心。

2 工作原理：
电子内窥镜工作原理是冷光源对所检查或手术部位照明后物镜将被测物体成像在CCD光敏面上，CCD将光信号转换成电信号，由电缆传输至视频处理器，经处理还原后显示在监视器上。CCD光敏面由规律排列的二极管组成，每一个二极管称为一个像素（picture elemont），像素的多寡决定像质的优劣。目前的制作工艺普遍可达到30~41万像素。电子内窥镜靶面和有效尺寸为Fi（外径）=2mm左右，而且CCD输出信号的一级放大电路也要包含在2mm的圆柱体积内。电子内窥镜像质的好坏主要取决于CCD性能，其次还有驱动电路和后处理系统的技术指标，包括分辨率、灵敏度、信躁、光谱响应、暗电流、动态范围和图像滞后等。
3 二种摄像方式：
CCD只能感受光信号的强弱，电子内窥镜的彩色还原是通过在CCD的摄像光路中添加彩色滤光片，并对彩色视频信号进行处理后获得
的。彩色滤光片的放置有以下两种方式。
(1)顺次方式。将一块带有同样面积的红、绿、蓝三种原色滤光片的圆盘置于照明光源前，当圆盘旋转时，红、绿、蓝三种色光顺次照射被射物体，CCD摄像时所产生的三种强弱信号也依次有时间间隔地传送并储存在图像处理器中。采用顺次方式CCD的电子内窥镜的优点是由于三色光分别照射，像素数相当于原来的3倍，因而可提高分辨率，而且内窥镜易于做得细且硬性部短，缺点是滤光盘高速旋转引起的图像闪烁，以及由于红、绿、蓝依次摄像引起的套色不准而出现的彩虹现象。目前在中国市场上，日本奥林巴斯公司和宾得公司生产的电子内窥镜都是采用像素分别为8.1万和6.25万的顺次式黑白CCD。
(2)同步方式。在CCD的受光面上镶嵌原色和补色的滤光片，当白色光源照射到被射物体，由它发出的光作用到CCD时，由于镶嵌式滤光片的作用直接产生彩色信号，传送并储存在图像处理器中。采用同步方式CCD的电子内窥镜的优点是图像清晰，亮度高，色彩还原性好，缺点是技术难度高。由于镶嵌式滤光片的置入，为缩小内窥镜的直径和缩短先端硬性部增加了技术难度。目前在中国市场上，日本富士公司生产的电子内窥镜采用了像素为41万的同步式彩色CCD，最高像素数达85万。
根据以上分析，同步方式CCD的技术难度要高于顺次方式CCD，但所获得的图像质量要明显优于采用顺次方式的CCD。目前，日本富士公司推出的采用同步方式CCD技术，具有857Y像素的电子内窥镜处于世界领先水平，标志着电子内窥镜技术的又一次飞跃，必将推动内窥镜诊断治疗水平再上一个新台阶。

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