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1、医用内窥镜光学系统的应用及发展趋势1132李景艳,刘德森,刘刚,徐秋霜(11西南师范大学光电科学技术研究所,重庆400715;21深圳市昊谷光电技术有限公司,广东深圳518108;31四川大学华西医学中心,四川成都610041)〔中图分类号〕TH773〔文献标识码〕A〔文章编号〕1002-2376(2005)07-0009-04〔摘要〕本文从医用内窥镜的光学系统结构和功能两个方面进行分类讨论,阐述各种内窥镜的光学特点、当前发展状况及内窥镜技术发展的趋势。〔关键词〕医用内窥镜;Hopking棒透镜;自聚焦透镜;光纤面板丝1引言机,更方便观察,取样,保存图像,实现
2、病例资料图医用内窥镜是一种光机电相结合的精密仪器,用片可视化、系统化、智能化、网络化管理,也为以后以观察人眼不能直接观察或不方便观察的腔体内组织的教学、科研提供真实、可靠的第一手资料,具有普和结构,并结合相关领域进行诊断和治疗。内窥镜的遍适用性。发明源于百余年前,人类对于体内脏器官观察的想镜体部分按其成像构造和特性分为硬管式内窥法,并结合了江湖艺人表演吞剑术的灵感,促使当时镜、柔软式内窥镜(即光学纤维内窥镜)和电子内窥一些外科医生尝试用管子和烛光观察胃。数年来致力镜。于内部脏器窥视的研究与开发人员,在医用内窥技术(1)硬式内窥镜(RigidEndoscope)
3、的研究中留下了光辉的印记,促使内窥技术日趋成硬管式内窥镜是利用透镜、棱镜、反光镜等光学熟。并开辟了医学上的一个新领域———介入医学或管元件构成的透镜波导内窥镜,是最早期的一种。这种[1]腔医学(InterventionalMedicine),进一步拓宽了内内窥镜一般的光学系统是由物镜系统、中转系统和目窥镜在医学上的应用。镜三部分组成,基本原理是各透镜间实现共焦传输,目前发达国家均在大力开展内窥镜的应用开发工前一透镜的像方焦平面和后一透镜的物方焦平面重作,国际市场上知名的品牌有日本欧林巴斯(Olym2合[2]。合成在目镜上的像,可以直接观看,也可以经pus),美
4、国雅伦(WelchAllyn),德国Karlstorzhe接口与CCD摄像器件相连。其结构简单,外径一般RichardWolf和英国Ultralfine等。我国的内窥镜技术大于5mm,不能弯曲,价格较低,是目前使用较广泛发展的较晚,总体技术水平与世界水平相差近15年。范围的一种。国内主要生产厂家有:上海医用光学仪器厂、上海医物镜结构:用诊察仪器厂、上海医疗器械五厂、沈大内窥镜有限为了适应内脏器官解剖上的生理弯曲,研究人员公司。利用不同角度的棱镜来实现各种视向角或前端头部一2按光学结构进行分类定角度的弯曲(如图1所示),同时扩大了观察范围。医用内窥镜的基本光学结
5、构是两个“光学通道”。另一种行之有效的方法是将普通物镜换成自聚焦透一个是“传光通道”,将光传到体腔中;另一个是镜,1970年Watanabe研制成功117mm外径的自聚焦“传像通道”,将体腔中的像传回观测目镜。有的还有[3]内窥镜,从此开辟了微小自聚焦内窥镜(Micro附加的“工具通道”,用作药物处理、抽吸气体和冲Gradient-IndexEndoscope)领域。自聚焦透镜是圆柱洗之用,还可以用作传入小的可折叠的诊断和治疗工形透径,外径可小到011mm,数值孔径可大于016,具,如镊子、钳子、剪刀、刷子等。这是内窥镜的镜焦距短,聚焦光斑可小于1μm,成像分
6、辨率高。自聚体部分。内窥镜镜体后一般要接CCD摄像机或照相[4]12焦透镜的折射率为:n(r)=n(0)(1-Ar)2收稿日期:2005-04-27其中Ar<<1,n(0)是透镜中心沿光轴的折射率,A医疗装备2005第7期9是反映折射率梯度的系数,光线在自聚焦透镜中的传实现的光能传递,传输损耗小,成像质量高,而且镜播路径是正弦曲线,周期为2π/A。一般选用1/4周体直径可减小到1mm以下,这一特点是以往的传像期自聚焦铊透镜做成像物镜,像成到透镜后端面上。系统所不能实现的。传像一般采用自聚焦锂透镜做传[5]像透镜。(e)另一种硬式自聚焦内窥镜是应用自聚焦透镜成像
7、,用光纤面板丝传像。光纤面板丝的制作与下文所述光纤传像束的制作相似。在保证传像质量的前提下,为了减少镜体外径尺寸,通常采用二次复丝做传像面板丝。与柔软式传像束的区别是光纤面板丝是硬式结构,且分辨率高。图1两种物镜结构(2)柔软式内窥镜光学系统国外生产自聚焦内窥镜的公司有Olympushe和英这种内窥镜又称作光学纤维内窥镜(FiberEndo2国UltrafineTechnolgy公司。我国西安光学精密机械研scope)。1957年美国内科医生BasilHirschowitz,在密究所刘德森教授带领的科研小组早在1987年,已研歇根州大学研制成功纤维内窥胃镜[2
8、],开启了内窥技[5]制成功019mm
