CN203406947U - 一种基于fpga的手术显微镜电控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于FPGA的手术显微镜电控系统，应用于手术显微镜中以实现显微镜使用过程中的自动聚焦、电动变倍、照明系统的联动调整、光源切换控制、支架平衡调节以及图像投影与采集。该手术显微镜电控系统包括调焦模块、变倍模块、照明系统调整模块、光源切换模块、支架平衡控制模块。它基于高性能处理芯片FPGA实现自动聚焦算法、电机控制算法以及照明光强与照明范围根据工作距与放大倍率变化进行联动调整的功能，并且，能实时监控执行电机运转过程中的运行状态以便及时执行相应处理程序。本实用新型具有算法实现灵活多变、智能化程度高、自适应性强及响应速度快等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于一种手术医疗器械，具体涉及一种基于FPGA的手术显微镜电控系统。
背景技术
微创手术具有对病人损伤小、减少病人术间痛苦及术后康复时间短等多项优点，已成为外科医学各领域的发展方向。任何一项微创手术的开展都离不开手术显微镜，它技术先进，应用方便，产品多样化、专业化，深受外科医生欢迎。目前，我国使用的手术显微镜长期依赖进口，《国家十二五科技发展规划》明确将医疗器械和先进医疗设备作为大力发展的对象。因此，开发具有自主知识产权的高端手术显微镜来填补国内技术的空白是十分必要的。
随着电子信息技术和自动化技术的发展，对手术显微镜控制系统的智能化提出了更高的要求。目前，国内有关手术显微镜技术的报道大部分集中在对其中涉及的光学系统、机械结构方面，在控制方面涉及的较少，从一定程度上表明了本发明的必要性。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的手术显微镜电控系统，它能够实现手术显微镜使用过程中的自动聚焦、电动变倍、照明光强与照明范围的自适应调整、光源切换控制、支架平衡调节以及图像投影与采集控制等。
本实用新型是这样实现的，一种基于FPGA的手术显微镜电控系统，它包括FPGA芯片，FPGA芯片输出信号到镜像二维方向位移控制模块，FPGA芯片接收电源管理模块、时钟模块的输入信号，FPGA芯片向显示单元输出信号同时也接收显示单元的输入信号，FPGA芯片向亮度调节和范围调节输出信号，亮度调节和范围调节向照明光源系统输入信号，FPGA芯片向平衡调节电路输入信号并接收平衡调节电路的输出信号，平衡调节电路向显微镜支架输出信号，FPGA芯片向调焦及变工作距驱动电路、变焦驱动电路输出信号，调焦及变工作距驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的1管脚输出信号，传动机构的1管脚向光学系统的物镜输出信号，变焦驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的2管脚输出信号，传动机构的2管脚向光学系统的变焦系统输出信号，同时光学系统还向图像传感器输出信号，图像传感器向信号调理输出信号，信号调理向FPGA芯片输出信号。
本实用新型的优点是，基于高性能处理芯片FPGA实现的电控系统控制集成单元可以灵活实施自动聚焦算法、调平衡算法、照明光强与照明范围根据工作距与放大倍率变化进行联动调整的功能以及相应的电机控制算法。并且，鉴于FPGA的高速并行处理能力可以实时监控触发命令信息以及执行电机运转过程中的运行状态信息以便及时响应相关处理程序实施有效控制。本发明极大地提高了手术显微镜的智能化程度，具有算法实现灵活多变、自适应性强及响应速度快等特点。
附图说明
图1为附图为本实用新型涉及的基于FPGA的手术显微镜电控系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细介绍：
本实用新型的原理如下：
基于高性能FPGA芯片实现显微镜控制系统的集成控制单元，对控制系统各模块实施协调控制。出现外部触发命令时，按照预设的优先权进行逻辑判断，执行相应的响应程序。
基于FPGA实现的集成控制单元，根据从图像传感器获得的图像信息实施清晰度评价算法，驱动调焦步进电机动作，改变物镜的位置；反复执行该过程，直至完成聚焦。聚焦调节过程中，限位开关命令具有中断优先权，以防止超出显微镜的工作距范围及电机误操作造成的损害。
当需要对显微镜光系统进行变倍时，集成控制单元接收变倍命令，基于预存入处理器中的查找表查找与变倍命令对应的数据，驱动变倍电机至相应的位置；同理，变倍电机的限位开关具有中断优先权，防止电机误操作造成的损害。
当手术显微镜工作距或放大倍率发生改变后，基于FPGA芯片的集成控制单元检测控制信号变化及时做出响应；FPGA真正的并行数据处理优势可以极大地降低处理器的功耗、提高系统的响应速度。
光源出现故障不能正常提供显微镜的照明时，集成控制单元检测这一故障，启动切换程序进行光源的切换以恢复正常照明。
基于FPGA的集成控制单元对支架的平衡实施闭环控制，传感器检测平衡信息，基于平衡控制算法执行控制动作。
处于复位状态的手术显微镜进入工作状态后，启动照明系统工作，根据需要手动调节照明范围及亮度，使被观察组织进入工作区域。
启动手术过程，使用者启动调焦、变倍等触发命令，显微镜集成控制单元以预定的逻辑顺序进行响应及联动控制。
如图1所示，一种基于FPGA的手术显微镜电控系统它包括FPGA芯片，FPGA芯片输出信号到镜像二维方向位移控制模块，FPGA芯片接收电源管理模块、时钟模块的输入信号，FPGA芯片向显示单元输出信号同时也接收显示单元的输入信号，FPGA芯片向亮度调节和范围调节输出信号，亮度调节和范围调节向照明光源系统输入信号，FPGA芯片向平衡调节电路输入信号并接收平衡调节电路的输出信号，平衡调节电路向显微镜支架输出信号，FPGA芯片向调焦及变工作距驱动电路、变焦驱动电路输出信号，调焦及变工作距驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的1管脚输出信号，传动机构的1管脚向光学系统的物镜输出信号，变焦驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的2管脚输出信号，传动机构的2管脚向光学系统的变焦系统输出信号，同时光学系统还向图像传感器输出信号，图像传感器向信号调理输出信号，信号调理向FPGA芯片输出信号。
Claims (1)
1.一种基于FPGA的手术显微镜电控系统，其特征在于：它包括FPGA芯片，FPGA芯片输出信号到镜像二维方向位移控制模块，FPGA芯片接收电源管理模块、时钟模块的输入信号，FPGA芯片向显示单元输出信号同时也接收显示单元的输入信号，FPGA芯片向亮度调节和范围调节输出信号，亮度调节和范围调节向照明光源系统输入信号，FPGA芯片向平衡调节电路输入信号并接收平衡调节电路的输出信号，平衡调节电路向显微镜支架输出信号，FPGA芯片向调焦及变工作距驱动电路、变焦驱动电路输出信号，调焦及变工作距驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的1管脚输出信号，传动机构的1管脚向光学系统的物镜输出信号，变焦驱动电路向执行电机输出信号，执行电机向传动机构的2管脚输出信号，传动机构的2管脚向光学系统的变焦系统输出信号，同时光学系统还向图像传感器输出信号，图像传感器向信号调理输出信号，信号调理向FPGA芯片输出信号。
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| CN105785561A (zh) * | 2014-12-22 | 2016-07-20 | 杭州唐光科技有限公司 | 一种数字显微镜及其聚焦方法 |
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| US10534164B2 (en) | 2014-12-22 | 2020-01-14 | Hangzhou Shunli Optotech Co., Ltd. | Digital microscope and focusing method thereof |
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