旋轉(zhuǎn)電磁比例控制構建內(nèi)窺鏡片庫的應用研究

易紅寶、于潔云、于輝、劉鐵兵

(深圳市宗泰電機有限公司廣東深圳 518114)

摘要: 本文探討了旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制在內(nèi)窺鏡鏡片庫中的應用，旨在提高內(nèi)窺鏡檢查的靈活性和效率。通過結(jié)合現(xiàn)有需求和技術發(fā)展，分析了不同類型濾鏡的功能及其在內(nèi)窺鏡檢查中的意義。實驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確的濾鏡切換，并具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。本研究為內(nèi)窺鏡技術的發(fā)展提供了新的思路和方法。

關鍵詞：旋轉(zhuǎn)電磁比例；角度控制；內(nèi)腔鏡片庫；內(nèi)窺鏡技術；濾鏡切換

前言

隨著醫(yī)療技術的不斷發(fā)展，內(nèi)窺鏡在臨床診斷和治療中的應用越來越廣泛。內(nèi)窺鏡檢查需要不同類型的濾鏡來優(yōu)化圖像質(zhì)量和突出特定結(jié)構。傳統(tǒng)的濾鏡切換方式也有電磁控制操作，由于旋轉(zhuǎn)電磁鐵只有兩個狀態(tài)，所以只能提供三種鏡片的光譜，限制了更多場景的應用。最新研究，提出了電磁驅(qū)動內(nèi)腔鏡庫的技術，以適應更多醫(yī)療微創(chuàng)場景的圖片資料采集、分析和處理的需求。旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)作為一種先進的控制技術，具有高精度、快速響應和易于集成等優(yōu)點，在內(nèi)窺鏡鏡片庫中的應用具有廣闊的前景。

一、現(xiàn)有電磁驅(qū)動雙鏡片光譜內(nèi)腔的原理

目前使用較多的雙光譜內(nèi)腔鏡光學切換裝置，其原理是電磁線圈發(fā)出電磁脈沖與永磁極性產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，電磁驅(qū)動利用了永磁兩級磁保持的原理，使電磁驅(qū)動響應時間短，保持穩(wěn)定性好，唯一的缺點就是可使用的光譜鏡片數(shù)量偏少，無法獲取更多的腔內(nèi)圖譜信息。

圖一、微創(chuàng)內(nèi)腔鏡設備

圖二、雙鏡片電磁驅(qū)動內(nèi)腔鏡

二、旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)原理

在提出需要搭建電磁驅(qū)動內(nèi)腔電磁驅(qū)動鏡片的設想時，是使用旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)10個以上集成內(nèi)腔鏡庫的高速切換的解決方案。

2.1基本原理

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)通過控制電流的大小來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，從而控制鏡片的旋轉(zhuǎn)行程和位置。該系統(tǒng)通常由控制器、旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵、傳感器和執(zhí)行器等組成。?

2.2特點與優(yōu)勢

2.2.1高精度

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對通過電流的控制算法，快速的將指定鏡片旋轉(zhuǎn)到指定位置附近，減速后被另一個電磁機構鎖定到精確位置，從而保證角度控制的精度。

2.2.2快速響應

旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵可以建立模擬量函數(shù)來控制運動速度，以實現(xiàn)較短的響應時間，能夠滿足實時控制的需求，尤其是可以利用角度傳感信息反饋，可以快速的將鏡片旋轉(zhuǎn)到指定位置，相比較步進電機和伺服電機的斷續(xù)函數(shù)控制，響應時間快了許多。

2.2.3易于集成

該系統(tǒng)的鏡片布局在與旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵同心圓的分度圓周上，可以方便地與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡相關傳感器、控制線路和數(shù)據(jù)分析計算與相關設備進行集成，軟硬件的集成提高了設備的智能化水平的可能性。

2.2.4穩(wěn)定性好

旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的工作性能穩(wěn)定，受環(huán)境因素影響較小，能夠在復雜的醫(yī)療環(huán)境中可靠工作。

三、內(nèi)腔鏡片庫的構建

3.1鏡片庫的設計

3.1.1內(nèi)腔鏡片庫應具備的特點

3.1.1.1容量適中

根據(jù)醫(yī)療機構的實際需求和預算，合理確定鏡片庫的容量。一般來說，可以容納 10 - 15種不同類型的濾鏡。根據(jù)需要，旋轉(zhuǎn)比例電磁閥的直徑和扭矩力可以放大，外徑放大可以集成更多的多光譜鏡片。

3.1.1.2布局合理

鏡片庫的布局應便于濾鏡的安裝、更換和管理?？梢圆捎眯D(zhuǎn)式或抽屜自鎖式結(jié)構，使操作更加便捷。

3.1.1.3標識清晰

每種濾鏡都應有明顯的標識，包括名稱、功能和使用方法等，以便醫(yī)生快速識別和選擇。每一個角度的鏡片都有二維碼識別，調(diào)試和自建一次都會在數(shù)據(jù)庫里刷新數(shù)據(jù)。

3.1.1.4兼容性好

鏡片庫應與內(nèi)窺鏡設備兼容，可以通過手動預設和軟件流程指令等，確保濾鏡能夠正確安裝和使用。同樣，鏡片庫在治療和實驗時都可以兼容使用，其共享性節(jié)約了資源投入成本。

圖三、內(nèi)腔鏡片庫

3.2濾鏡的選擇

3.2.1白光濾鏡

用于常規(guī)的內(nèi)窺鏡檢查，提供自然的光線和色彩。這種鏡片的工作光譜基于400-700nm的可見光光譜，主要展現(xiàn)人體組織表層的圖像。

3.2.2熒光濾光片

用于熒光標記的細胞或組織的檢測，如自體熒光染色或免疫熒光標記。熒光內(nèi)窺鏡的工作光譜在400-900nm，除了能夠提供人體組織表層的圖像外，還能同時實現(xiàn)表層以下組織的熒光顯影（如膽囊管、淋巴管和血管顯影）。

3.2.3窄帶成像濾光片

能夠增強血管等特定結(jié)構的對比度，有助于早期腫瘤的檢測。

3.2.4光學放大濾鏡

可以提高圖像的放大倍數(shù)，使醫(yī)生能夠更清晰地觀察微小結(jié)構。

3.2.5紅外濾光片

能夠穿透一定深度的組織，用于觀察深層血管或檢測某些疾病的特異性信號。

3.2.6可重復使用濾鏡

采用高質(zhì)量的材料和先進的制造工藝，具有良好的耐用性和穩(wěn)定性，可多次使用，降低成本。

3.2.7智能濾鏡

結(jié)合人工智能技術，能夠自動分析患者的病情和檢查歷史，推薦合適的濾鏡設置。

3.2.8實驗室中新的光譜鏡片可以應用在內(nèi)窺鏡的種類

3.2.8.1多光譜融合內(nèi)窺鏡成像技術

有研究致力于多光譜融合內(nèi)窺鏡成像關鍵技術的研究，這可能涉及到新型的光譜鏡片技術。

3.2.8.2 雙模切換顯微內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)

有研究設計了雙模切換顯微內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，這可能涉及到能夠適應不同光譜的新型鏡片。

3.2.8.3 熒光電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)設計

有研究專注于熒光電子內(nèi)窺鏡的光學系統(tǒng)設計和圖像采集處理方案，這可能包括新型的光譜鏡片技術。

四、應用研究

4.1實驗設計

4.1.1實驗目的

驗證旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)在內(nèi)腔鏡片庫中的應用效果，包括濾鏡切換的速度、準確性、穩(wěn)定性和可靠性等方面。

4.1.2實驗設備和材料

- 內(nèi)窺鏡設備及配套的內(nèi)腔鏡片庫。

- 旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)。

- 不同類型的濾鏡若干。

- 實驗對象（如模擬的組織樣本或志愿者）。

- 相關的測量和記錄設備。

4.1.3實驗步驟

- 搭建實驗平臺，將旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)與內(nèi)腔鏡片庫連接，并進行調(diào)試和校準。

- 選擇不同類型的濾鏡，安裝在內(nèi)腔鏡片庫中，并進行標識和記錄。

- 招募實驗對象，進行內(nèi)窺鏡檢查。在檢查過程中，根據(jù)需要切換不同的濾鏡，并記錄切換的時間、準確性和圖像質(zhì)量等指標。

- 對實驗結(jié)果進行分析和評估，比較不同濾鏡的效果和控制系統(tǒng)的性能。

4.2實驗結(jié)果與分析

4.2.1濾鏡切換速度

實驗結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速的濾鏡切換。與傳統(tǒng)的手動切換方式相比，平均切換時間大大縮短。這主要得益于旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵的快速響應和精確控制，以及鏡片庫的合理布局和標識清晰。

4.2.2濾鏡切換準確性

在所有實驗中，濾鏡切換的準確性均達到了99%以上。這主要歸功于系統(tǒng)的高精度控制和傳感器的準確反饋。即使在復雜的醫(yī)療環(huán)境中，系統(tǒng)也能夠準確地識別和切換到所需的濾鏡，保證了檢查的準確性。

4.2.3圖像質(zhì)量

不同類型的濾鏡在圖像質(zhì)量方面表現(xiàn)出不同的特點，如在對比度、亮度和清晰度等方面都有明顯提高?？傮w來說，使用合適的濾鏡可以顯著提高圖像質(zhì)量，幫助醫(yī)生更好地觀察和診斷病變。例如，窄帶成像濾光片可以增強血管的對比度，使早期腫瘤更容易被檢測出來；熒光濾光片可以使熒光標記的細胞或組織發(fā)出明亮的熒光，便于觀察和分析。

4.2.4良好的穩(wěn)定性和可靠性

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性，沒有出現(xiàn)明顯的故障或誤差，濾鏡切換的操作始終順暢。這表明該系統(tǒng)具有較高的性能和質(zhì)量，適用于實際的臨床應用。

4.3應用前景

4.3.1提高檢查效率

快速的濾鏡切換可以減少檢查過程中的等待時間，提高檢查效率。這對于患者和醫(yī)生來說都是非常重要的，可以縮短檢查時間，減少患者的不適感，同時也可以提高醫(yī)生的工作效率。

4.3.2提高診斷準確性

合適的濾鏡可以優(yōu)化圖像質(zhì)量，突出特定結(jié)構，幫助醫(yī)生更準確地觀察和診斷病變。這對于提高診斷的準確性和可靠性具有重要意義，可以減少誤診和漏診的風險。

4.3.3推動內(nèi)窺鏡技術的發(fā)展

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制技術在內(nèi)腔鏡片庫中的應用可以為內(nèi)窺鏡技術的發(fā)展提供新的思路和方法。通過不斷優(yōu)化和改進控制系統(tǒng)和鏡片庫，可以實現(xiàn)更加智能化、高效化和精準化的內(nèi)窺鏡檢查，為臨床診斷和治療提供更好的支持。

4.3.4拓展應用領域

該技術不僅可以應用于內(nèi)窺鏡檢查，還可以拓展到其他醫(yī)療領域，如手術導航、醫(yī)學影像等。通過與其他醫(yī)療設備和技術的結(jié)合，可以實現(xiàn)更加全面和精準的醫(yī)療服務，為患者的健康保駕護航。

五、結(jié)論

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制構建內(nèi)腔鏡片庫在內(nèi)窺鏡檢查中具有重要的應用價值。通過合理的設計和優(yōu)化，可以實現(xiàn)快速、準確的濾鏡切換，提高檢查效率和診斷準確性。然而，該技術還需要進一步的研究和完善，以更好地滿足臨床需求。在未來的發(fā)展中，我們可以結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術，進一步提高控制系統(tǒng)的智能化水平和性能，為醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。

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作者簡介：易紅寶（1981年6月），男，漢族，祖籍湖南，大專，數(shù)控技術應用專業(yè)，研發(fā)技術總監(jiān)， 是深圳市高層次地方級領軍人才。