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

關鍵詞：旋轉電磁比例；角度控制；內腔鏡片庫；內窺鏡技術；濾鏡切換

前言

隨著醫(yī)療技術的不斷發(fā)展，內窺鏡在臨床診斷和治療中的應用越來越廣泛。內窺鏡檢查需要不同類型的濾鏡來優(yōu)化圖像質量和突出特定結構。傳統(tǒng)的濾鏡切換方式也有電磁控制操作，由于旋轉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，提出了電磁驅動內腔鏡庫的技術，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，在內窺鏡鏡片庫中的應用具有廣闊的前景。

一、現有電磁驅動雙鏡片光譜內腔的原理

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

圖一、微創(chuàng)內腔鏡設備

圖二、雙鏡片電磁驅動內腔鏡

二、旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)原理

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

2.1基本原理

旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)通過控制電流的大小來調節(jié)旋轉角度，從而控制鏡片的旋轉行程和位置。該系統(tǒng)通常由控制器、旋轉比例電磁鐵、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

旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)可以實現對通過電流的控制算法，快速的將指定鏡片旋轉到指定位置附近，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

旋轉比例電磁鐵可以建立模擬量函數來控制運動速度，以實現較短的響應時間，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到指定位置，相比較步進電機和伺服電機的斷續(xù)函數控制，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比例電磁鐵同心圓的分度圓周上，可以方便地與現有的內窺鏡相關傳感器、控制線路和數據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、內腔鏡片庫的構建

3.1鏡片庫的設計

3.1.1內腔鏡片庫應具備的特點

3.1.1.1容量適中

根據醫(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。根據需要，旋轉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式或抽屜自鎖式結構，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，調試和自建一次都會在數據庫里刷新數據。

3.1.1.4兼容性好

鏡片庫應與內窺鏡設備兼容，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，使醫(yī)生能夠更清晰地觀察微小結構。

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窺鏡的種類

3.2.8.1多光譜融合內窺鏡成像技術

有研究致力于多光譜融合內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 雙模切換顯微內窺鏡成像系統(tǒng)

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

3.2.8.3 熒光電子內窺鏡的光學系統(tǒng)設計

有研究專注于熒光電子內窺鏡的光學系統(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

驗證旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)在內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

- 內窺鏡設備及配套的內腔鏡片庫。

- 旋轉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，將旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)與內腔鏡片庫連接，并進行調試和校準。

- 選擇不同類型的濾鏡，安裝在內腔鏡片庫中，并進行標識和記錄。

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

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

4.2實驗結果與分析

4.2.1濾鏡切換速度

實驗結果表明，旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)可以實現快速的濾鏡切換。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圖像質量

不同類型的濾鏡在圖像質量方面表現出不同的特點，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

旋轉電磁比例角度控制系統(tǒng)表現出良好的穩(wěn)定性和可靠性，沒有出現明顯的故障或誤差，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)化圖像質量，突出特定結構，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推動內窺鏡技術的發(fā)展

旋轉電磁比例角度控制技術在內腔鏡片庫中的應用可以為內窺鏡技術的發(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，可以實現更加智能化、高效化和精準化的內窺鏡檢查，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)療設備和技術的結合，可以實現更加全面和精準的醫(yī)療服務，為患者的健康保駕護航。

五、結論

旋轉電磁比例角度控制構建內腔鏡片庫在內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，我們可以結合人工智能、大數據等技術，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。