旋轉(zhuǎn)電磁比例控制構(gòu)建內(nèi)窺鏡片庫的應(yīng)用研究

易紅寶、于潔云、于輝、劉鐵兵

(深圳市宗泰電機(jī)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(yīng)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(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)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(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法。

關(guān)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(shù)；濾鏡切換

前言

隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)窺鏡在臨床診斷和治療中的應(yīng)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(gòu)。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(yīng)用。最新研究，提出了電磁驅(qū)動內(nèi)腔鏡庫的技術(shù)，以適應(yīng)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(jìn)的控制技術(shù)，具有高精度、快速響應(yīng)和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)窺鏡鏡片庫中的應(yīng)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(xué)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(yīng)時間短，保持穩(wěn)定性好，唯一的缺點(diǎn)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(shè)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(shè)想時，是使用旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)，實(shí)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(diǎn)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(shí)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(jī)構(gòu)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(yīng)

旋轉(zhuǎn)比例電磁鐵可以建立模擬量函數(shù)來控制運(yùn)動速度，以實(shí)現(xiàn)較短的響應(yīng)時間，能夠滿足實(shí)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(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的斷續(xù)函數(shù)控制，響應(yīng)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(guān)傳感器、控制線路和數(shù)據(jù)分析計(jì)算與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集成，軟硬件的集成提高了設(shè)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(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境中可靠工作。

三、內(nèi)腔鏡片庫的構(gòu)建

3.1鏡片庫的設(shè)計(jì)

3.1.1內(nèi)腔鏡片庫應(yīng)具備的特點(diǎn)

3.1.1.1容量適中

根據(jù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的實(shí)際需求和預(yù)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(yīng)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(gòu)，使操作更加便捷。

3.1.1.3標(biāo)識清晰

每種濾鏡都應(yīng)有明顯的標(biāo)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(yīng)與內(nèi)窺鏡設(shè)備兼容，可以通過手動預(yù)設(shè)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(shí)驗(yàn)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(biāo)記的細(xì)胞或組織的檢測，如自體熒光染色或免疫熒光標(biāo)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(shí)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(qiáng)血管等特定結(jié)構(gòu)的對比度，有助于早期腫瘤的檢測。

3.2.4光學(xué)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(gòu)。

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(fù)使用濾鏡

采用高質(zhì)量的材料和先進(jìn)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(shù)，能夠自動分析患者的病情和檢查歷史，推薦合適的濾鏡設(shè)置。

3.2.8實(shí)驗(yàn)室中新的光譜鏡片可以應(yīng)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(shù)

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

3.2.8.2 雙模切換顯微內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)

有研究設(shè)計(jì)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(yīng)不同光譜的新型鏡片。

3.2.8.3 熒光電子內(nèi)窺鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

四、應(yīng)用研究

4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

驗(yàn)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(yīng)用效果，包括濾鏡切換的速度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性等方面。

4.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料

- 內(nèi)窺鏡設(shè)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(shí)驗(yàn)對象（如模擬的組織樣本或志愿者）。

- 相關(guān)的測量和記錄設(shè)備。

4.1.3實(shí)驗(yàn)步驟

- 搭建實(shí)驗(yàn)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(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)。

- 選擇不同類型的濾鏡，安裝在內(nèi)腔鏡片庫中，并進(jìn)行標(biāo)識和記錄。

- 招募實(shí)驗(yàn)對象，進(jìn)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(zhǔn)確性和圖像質(zhì)量等指標(biāo)。

- 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.2.1濾鏡切換速度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制系統(tǒng)可以實(shí)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(yīng)和精確控制，以及鏡片庫的合理布局和標(biāo)識清晰。

4.2.2濾鏡切換準(zhǔn)確性

在所有實(shí)驗(yàn)中，濾鏡切換的準(zhǔn)確性均達(dá)到了99%以上。這主要?dú)w功于系統(tǒng)的高精度控制和傳感器的準(zhǔn)確反饋。即使在復(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境中，系統(tǒng)也能夠準(zhǔn)確地識別和切換到所需的濾鏡，保證了檢查的準(zhǔn)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(diǎn)，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(qiáng)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(biāo)記的細(xì)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(shí)際的臨床應(yīng)用。

4.3應(yīng)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(zhǔn)確性

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

4.3.3推動內(nèi)窺鏡技術(shù)的發(fā)展

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制技術(shù)在內(nèi)腔鏡片庫中的應(yīng)用可以為內(nèi)窺鏡技術(shù)的發(fā)展提供新的思路和方法。通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)控制系統(tǒng)和鏡片庫，可以實(shí)現(xiàn)更加智能化、高效化和精準(zhǔn)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(yīng)用領(lǐng)域

該技術(shù)不僅可以應(yīng)用于內(nèi)窺鏡檢查，還可以拓展到其他醫(yī)療領(lǐng)域，如手術(shù)導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)影像等。通過與其他醫(yī)療設(shè)備和技術(shù)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更加全面和精準(zhǔn)的醫(yī)療服務(wù)，為患者的健康保駕護(hù)航。

五、結(jié)論

旋轉(zhuǎn)電磁比例角度控制構(gòu)建內(nèi)腔鏡片庫在內(nèi)窺鏡檢查中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的濾鏡切換，提高檢查效率和診斷準(zhǔn)確性。然而，該技術(shù)還需要進(jìn)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(shù)，進(jìn)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(xiàn)。

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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(shù)應(yīng)用專業(yè)，研發(fā)技術(shù)總監(jiān)， 是深圳市高層次地方級領(lǐng)軍人才。