醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡光學性能質(zhì)量檢測技術(shù)研究

南智懿

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展以及醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)也得到了大大的提升，對于治療很多疾病的醫(yī)學方法也得到了改善，所以，對于醫(yī)用儀器的研究和應(yīng)用是具有重要意義的?，F(xiàn)階段，醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡的使用率是非常高，而且在治療過程中具有很大的作用。醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡由三部分組成，包括可彎曲部分、光源及一組鏡頭組成，使用時將內(nèi)窺鏡導入患者預(yù)檢查的器官，可直接窺視有關(guān)部位的變化，從而對病情做出相關(guān)的判斷。

醫(yī)學內(nèi)窺鏡最早是用在對患者直腸的檢查中，醫(yī)務(wù)工作者需要在病人的肛門內(nèi)插入一根硬管，然后借助于蠟燭的光亮觀察直腸的病變，這種檢測方法不但給患者本人造成巨大的痛苦，而且效率低下，容易污染，還可能會傷及患者本人，而且檢測結(jié)果不具有一定的準確性，正是因為這些弊端，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)就應(yīng)運而生了。內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)完美的避開了這些缺點，而且有自己獨特的優(yōu)勢，不僅僅是用在肛腸科的檢測中，在其它科室的檢測中也會被用到，現(xiàn)在。醫(yī)用內(nèi)窺鏡的使用是非常廣泛的，據(jù)統(tǒng)計，全國臨床醫(yī)學各專科有超過100萬名醫(yī)技人員使用內(nèi)窺鏡相關(guān)裝置進行臨床診斷和治療工作，隨著內(nèi)窺鏡下微創(chuàng)手術(shù)的日益普及，對內(nèi)窺鏡產(chǎn)品臨床應(yīng)用的安全性和有效性認識也逐步深化，為了降低臨床使用風險，避免源于硬性內(nèi)窺鏡的醫(yī)療事故，迫切需要供臨床醫(yī)學工程技術(shù)人員使用的醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡質(zhì)量控制檢測裝置和技術(shù)。

一、醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡

醫(yī)用內(nèi)窺鏡的種類有很多，現(xiàn)在，在醫(yī)院中應(yīng)用較為廣泛的是電子內(nèi)窺鏡，和其它種類的醫(yī)用內(nèi)窺鏡相比，電子內(nèi)窺鏡表現(xiàn)出來的優(yōu)點更為明顯，操作方便，影像質(zhì)量好，光亮度強，而且圖像大，可以檢查出更細小的病變，圖像更加清晰和直觀。圖片為T912實用型LED電子內(nèi)窺鏡，它由內(nèi)鏡、視頻處理系統(tǒng)、監(jiān)視器及儲存部分組成，并且包含了鏡桿四支，并且其可視向角達到了0度。此外，它廣泛應(yīng)用于醫(yī)療機構(gòu)的任何檢查，并且在檢查同時能讓患者自己掌握病情。

二、醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡特點

在醫(yī)療方面，醫(yī)用內(nèi)窺鏡則主要是在外科手術(shù)和常規(guī)醫(yī)療檢查中，與傳統(tǒng)的外科手術(shù)相比，醫(yī)用內(nèi)窺鏡的功能性微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)已近得到醫(yī)生和患者的廣泛接受，醫(yī)用內(nèi)窺鏡利用人體天然孔洞或在必要的時候開幾個小孔，醫(yī)生只要熟練地將內(nèi)窺鏡鏡頭深入身體內(nèi)，通過其他手術(shù)器械和攝像顯示系統(tǒng)就能在體外進行體內(nèi)的密閉手術(shù)操作。

（1）可以借助計算機成像系統(tǒng)，所以患者檢測時間會縮短，而且結(jié)果迅速，可以快速抓拍，提高效率;

（2）內(nèi)窺鏡具有錄像、儲存等功能，可以將患者發(fā)生病變部位的圖像儲存起來，這樣可以方便連續(xù)拍照和日后復查拍照進行對比，應(yīng)用型很強;

（3）電子內(nèi)窺鏡的圖片色澤逼真，分辨率高，圖像清晰，而且圖像經(jīng)過特殊處理后可以放大細節(jié)，這樣利于對發(fā)生病變的部位進行精細的觀察，進一步確定疾病;

（4）采用屏幕顯示圖像，這樣可以充分實現(xiàn)1人操作多人同時觀看，在進行教學、會診、診斷過程中是非常有效的，多人都可以通過屏幕進行相關(guān)結(jié)果觀察。

（5）醫(yī)療電子內(nèi)窺鏡在臨床應(yīng)用上上也有突出的特點：操作靈活、簡單、方便，更直接;病人不適感降到了最低程度，新的技術(shù)降低了手術(shù)復雜度，減少了治療時間，大大提高了診斷能力，提高工作效率;便于教學及臨床病例討論，以及遠程會診，便于患者的密切配合，讓醫(yī)護人員和患者更好的溝通，為教學、科研提供可靠的資料。

三、相關(guān)參數(shù)分析

適用于臨床醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)檢測醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡光學性能的項目參數(shù)，主要包括視場角、視向角、視覺分辨率、MTF、視場亮度差異率、邊緣與中心亮度比、畸變、色彩還原能力。

視場亮度差異率是世界范圍內(nèi)首次提出評價醫(yī)用內(nèi)窺鏡光效照明的參數(shù)。視向角表征視軸與鏡軸的角度，旋轉(zhuǎn)360°旋轉(zhuǎn)臺得到正面圖像，即可獲得視向角。視場角表示硬性內(nèi)窺鏡能觀察的真實視場范圍，測量原理是圓錐投影至等腰三角形法。分辨率是空間頻率的響應(yīng)函數(shù)，表征硬性內(nèi)窺鏡對被攝對象細節(jié)的分辨能力，用1mm寬度以內(nèi)的黑白相間的線對數(shù)（1p/mm）來表示，人眼能分辨的最大線對數(shù)即為視覺分辨率。

MTF是在國內(nèi)最早用于評價醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡成像質(zhì)量的參數(shù)，調(diào)制傳遞函數(shù)模量MTF是像面與物面光強度分布函數(shù)的傅立葉函數(shù)變換之比，它反映了內(nèi)窺鏡的分辨率、反差、銳度等參數(shù)的綜合特性。光效測試中，邊緣與中心亮度比即為視場邊緣灰度值與視場中心灰度值之比，視場亮度差異率是所采集的視場內(nèi)像面邊緣至像面中心的灰度值之差與邊緣至中心像素點個數(shù)之比，表征像面灰度值沿邊緣至中心變化的斜率?；兪怯捎趦?nèi)窺鏡的鏡軸中心與邊緣放大率不同而引起的，醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡拍攝的像面為桶形畸變。

利用MATLAB軟件自動測量視場中心圓斑以及70%視場和90%視場處4個圓斑圖像像橫向及縱向尺寸。假設(shè)視場中心的實心圓斑（直徑為4mm）無畸變，以它的尺寸為標準值，計算其它4個實心圓斑的畸變率。色彩還原能力測試中，采用RGB色彩空間，利用MATLAB軟件計算出紅、綠、藍三原色色塊區(qū)域像素點的R、G、B值，分別除以測試標靶中色塊的R＼G＼B值，即獲得內(nèi)窺鏡對紅、綠、藍三原色的色彩還原能力。該檢測裝置中采用精密機械裝置實現(xiàn)測試標靶和高清工業(yè)相機在XYZ三維方向的移動，與過去20多種檢測工具相對比取得了較大的改善。

安裝盒可插入均勻光源和測試標靶形成便攜式醫(yī)用內(nèi)窺鏡光學性能質(zhì)量控制檢測裝置，形成定性檢測裝置。設(shè)計含11p/mm-161p/mm測試區(qū)域的高精度分辨率測試標靶;將視場角、畸變、色彩還原能力測試項目創(chuàng)新性的集成于一塊標靶，節(jié)約成本，便于推廣應(yīng)用。圖像采集利用高清工業(yè)相機自帶的圖像采集軟件，基于機器視覺實現(xiàn)內(nèi)窺鏡圖像的自動化、連續(xù)性采集，同時對感興趣區(qū)域（AOI）單獨采集保存。利用MATLAB軟件定量的計算、測量、評估醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡的各項光學性能指標，創(chuàng)新性的用像素點數(shù)量取代擬合橢圓方法測算出醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡畸變程度，用視場亮度差異率來表征視場亮度均勻性。

四、注意事項

（1）相機未校準，引入了新的誤差，對分辨率、色彩還原能力均有影響。檢測光效中的視場亮度差異率，邊緣與中心亮度比是以過圓心的一條線上的灰度作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，缺乏對整個視場的評價。檢測色彩還原能力是以RGB色彩空間為判定基礎(chǔ)，而非國際上通行的CIEL*a*b*色彩空間。研究采用對比度測量方法測試MTF，雖然方法簡單，但一次圖像采集只能得到某一線對或空間頻率下的MTF值，要想獲得醫(yī)用硬性內(nèi)窺鏡的MTF曲線，需要對1LP/mm-16LP/mm不同空間頻率的矩形標靶進行多次測試，然后計算MTF值，并進行曲線擬合，獲取MTF曲線。各項參數(shù)的圖像采集和圖像處理過程分離，需要將圖像保存下來然后進行后續(xù)的圖像處理和數(shù)據(jù)分析。

（2）內(nèi)窺鏡的使用是需要工作人員進行日常維護的，一般由使用科室和操作人員完成，監(jiān)視器在安裝時已經(jīng)都是有相關(guān)技術(shù)人員進過測試并調(diào)整到了最佳顯示狀態(tài)，所以不建議使用者自行調(diào)試，如果顏色失真可將攝像系統(tǒng)的光學接口對準顏色比較鮮明的物體或圖片，通過監(jiān)視器上的菜單進行對比度、飽和度、亮度的調(diào)節(jié)。雖說很多醫(yī)療內(nèi)窺鏡聲明光學接口是防水的，但光學接口和連接線不建議消毒，可用防菌套套上，每次使用時消毒防菌套，這樣可以大大增加光學接口的使用壽命，如必須消毒請用低溫熏蒸的方法。插口不能強插拔，要對準十二點的位置進行直插、直拔輕拿輕放，定期作白平衡校準。

參考文獻

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