一種雷射共聚焦顯微內窺鏡的製作方法
2023-09-21 23:10:05 1
專利名稱：一種雷射共聚焦顯微內窺鏡的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物醫療器械製造技術領域，特別涉及一種生物醫學細胞檢測技術的雷射共聚焦顯微內窺鏡。
背景技術：
在現代醫學中，活體組織切片是臨床上用於腫瘤診斷和手術效果評估的一種重要手段。據統計數據表明，全球每年有上億次活體組織切片診斷，一般過程是用穿刺等方法在身體內取出活的組織切片，然後在顯微鏡下作病理診斷，每次診斷需數天時間，醫療成本較
尚ο同時，目前的X光攝片、CT和MRI等醫學影像學技術已經成為疾病診斷的常規手段，大大加快了診斷時間。然而在癌症初期階段，腫塊較小不明顯，現有的成像技術由於解析度限制很難實現腫瘤的早期診斷。以肺癌診斷為例，一般認為常規CT無法檢測小於1釐米的小結節狀瘤體。當前的研究趨勢是通過提高現有醫學成像設備的空間和密度解析度實現毫米級甚至亞毫米級腫瘤體的檢測。不足之處是對設備物理性能要求大大提高，並不利於高性能影像設備的普及化。共聚焦顯微內窺鏡在癌症的早期診斷方面已體現出令人信服的優勢，但在臨床應用中仍存在許多亟需解決的問題。目前，已有2家公司的共聚焦設備投入臨床使用 PENTAX公司將共聚焦設備整合入普通內鏡頭端，使其成為共聚焦專用內鏡。而MKT公司的 Cellvizi0共聚焦探頭，通過內鏡火箭孔道插入，可與任何內鏡結合使用。共聚焦內鏡診斷各種疾病的準確性和敏感性已達到一定水平，但國內尚處於萌芽階段。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術存在的不足，提供一種新的結構類型的雷射共聚焦顯微內窺鏡。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡要能夠提高生物影像的圖像解析度， 同時重構的圖像更接近於細胞組織真實的結構和狀態。為了達到上述發明目的，本發明提供的技術方案如下
一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，該內窺鏡的結構包括有光源照明系統、共聚焦掃描單元、耦合透鏡組、傳象光纖、物鏡、光纖共聚焦光譜分析系統和圖像分析與重構系統，所述的光源照明系統提供的雷射光源進入至共聚焦掃描單元，經過耦合透鏡組耦合至傳象光纖內以傳輸至物鏡，再由物鏡出射至探測樣品上，探測樣品上反射的螢光再通過物鏡、傳象光纖、共聚焦掃描單元傳到至光纖共聚焦光譜分析系統內，再通過主機內的圖像分析與重構系統完成圖像重構。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的光源照明系統包括電源、雷射驅動器、雷射器和雷射準直器，所述的電源為雷射驅動器供電以驅動雷射器發出雷射，發出的雷射經過雷射準直器後出射。本發明內窺鏡的光源照明系統中，所述雷射驅動器驅動的雷射器包括第一雷射器和第二雷射器兩個，對應於第一雷射器設有第一雷射準直器，對應於所述的第二雷射器設有第二雷射準直器。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的共聚焦掃描單元包括沿入射光路依次設置的快速振鏡、慢速振鏡和透鏡組。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的光纖共聚焦光譜分析系統包括螢光濾光片、濾光片轉換裝置和螢光信號探測和放大裝置，樣品組織內含有標記用的螢光劑，該螢光劑在入射的雷射的照射下產生螢光信號，此螢光信號經過物鏡、傳象光纖、共聚焦掃描單元、螢光濾光片、濾光片轉換裝置和螢光信號探測和放大裝置，最終被光探測器轉換為電信號。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的圖像分析與重構系統設置於主機內，其將光纖共聚焦光譜分析系統採集到的單點信號還原成二維或三維的圖像，重現被探測樣品中組織的細胞結構。基於上述技術方案，本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡與現有技術相比具有如下技術優點
本發明中採用光纖共焦顯微技術，結合獨特的圖像重構技術，克服了現有技術的缺點， 具有圖像解析度高、探頭物理尺寸小、可以實時檢測等多方面的技術優勢。
圖1是本發明雷射共聚焦顯微內窺鏡的系統結構圖。圖2是本發明雷射共聚焦顯微內窺鏡的光路圖。
具體實施例方式下面我們結合附圖和具體的實施例來對本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡做進一步的描述，以求更為清楚明了地理解其結構和應用，但不能以此來限制本發明的保護範圍。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡在結構上包括有光源照明系統、共聚焦掃描單元、耦合透鏡組、傳象光纖、物鏡、光纖共聚焦光譜分析系統和圖像分析與重構系統。這裡的光源照明系統為整個內窺鏡提供雷射光源。掃描單元根據不同的控制信號將雷射光束以不同的角度耦合入傳象光纖中的不同光纖。而傳象光纖由很多的光纖組成，每個單獨的光纖都同傳統光纖一樣，具有傳光的特性，傳象光纖用於替代部分傳統的光路，使得整個內窺鏡具有更好的靈活性和便攜性。物鏡則是將成像光束出射的雷射聚焦至樣品的表面或者組織內部。本發明的內窺鏡中，所述的光源照明系統提供的雷射光源進入至共聚焦掃描單元，經過耦合透鏡組耦合至傳象光纖內以傳輸至物鏡，再由物鏡出射至探測樣品上，探測樣品上反射的螢光再通過物鏡、傳象光纖、共聚焦掃描單元傳到至光纖共聚焦光譜分析系統內，再通過主機內的圖像分析與重構系統完成圖像重構，進而在可視界面上顯示出來。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的光源照明系統A包括電源、雷射驅動器、雷射器和雷射準直器，所述的電源為雷射驅動器供電以驅動雷射器發出雷射，發出的雷射經過雷射準直器後出射。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的共聚焦掃描單元B包括沿入射光路依次設置的快速振鏡、慢速振鏡和位於二者之間的透鏡組。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的光纖共聚焦光譜分析系統C包括螢光濾光片、濾光片切換裝置和螢光信號探測和放大裝置，探測樣品中的組織內設有標記用的螢光劑，該螢光劑在入射的雷射的照射下產生螢光信號。此螢光信號經過物鏡10、傳象光纖9、共聚焦掃描單元7、螢光濾光片、濾光片切換裝置和螢光信號探測和放大裝置，最終被光探測器轉換為電信號。在本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡中，所述的圖像分析與重構系統設置於主機內，其將光纖共聚焦光譜分析系統採集到的單點信號還原成二維或三維的圖像，重現被探測樣品內組織的細胞結構。針對於本發明的具體實際結構情況，在雷射共聚焦顯微內窺鏡的內部設有兩個雷射器，該雷射器由雷射驅動器驅動發出雷射進行探測，雷射驅動器則連接電源。由圖1和圖 2可知，本發明中由雷射驅動器驅動的雷射器包括第一雷射器1和第二雷射器2，對應於第一雷射器1設有第一雷射準直器3，對應於所述的第二雷射器2設有第二雷射準直器4。由第一雷射器1發出的雷射光束經第一雷射準直器3準直，然後由第一濾光片5反射進入到共聚焦掃描單元7內，同時，由第二雷射器2發出的雷射光束經第二雷射準直器4準直，然後也由第二濾光片6反射進入到共聚焦掃描單元B內。第一雷射器1和第二雷射器2發出的雷射平行，再通過45°放置的、相互平行的第一濾光片5和第二濾光片6反射以後反射光處於同一光路上進入共聚焦掃描單元7。在共聚焦掃描單元B內，入射的雷射先經45°放置的快速振鏡71反射，然後從透鏡組73透射，入射至慢速振鏡72上，再經過45°放置的慢速振鏡72折射，然後入射至耦合透鏡組8上。入射的雷射光束，經過耦合透鏡組8耦合至成像光束9內的單根光纖中，經過成像光束9傳輸，再通過物鏡10後入射至探測樣品11內。由於探測樣品的組織內預先標記有螢光劑，這些螢光劑在雷射的照射下產生螢光信號。因探測雷射激發所產生的螢光信號首先從物鏡10透射出來，然後經過成像光束9內的光纖的傳輸，再通過耦合透鏡組8和共聚焦掃描單元7，再從第二濾光片6和第一濾光片 5透射，進入到光纖共聚焦光譜分析系統B中。在光纖共聚焦分析系統B中，入射的螢光信號先經過一個45°放置的第一螢光濾光片12，這裡的螢光信號部分反射，反射後的螢光信號經過第三準直透鏡13後入射至第一光探測器16內轉換為電子信號，該電子信號再經過A/D轉換器17轉換為數位訊號後，輸入至同步電路18和主機19內。由上述第一螢光濾光片12透射的螢光信號入射到一個第二螢光濾光片12、上，該第二螢光濾光片12、平行於第一螢光濾光片12，也是45°放置，由其反射螢光信號經過第四準直透鏡14後入射至第二光探測器15內轉換成為電子信號，該電子信號再經過A/D轉換器17轉換為數位訊號後，輸入至同步電路18和主機19內。上述的結構組件都通過控制電路22進行控制，該控制電路22連接同步電路18、A/D轉換器17和電源驅動20，而同步電路18則連接掃描振鏡驅動21和A/D轉換器17。在上述的主機19內，設有所述的圖像分析與重構系統20，該系統將光纖共聚焦光譜分析系統B採集到的單點信號還原成二維或三維的圖像，重現被探測組織的細胞結構。 具體是將反饋的數位訊號與同步電路的位置信號組成一個確定位置的像素點23，可以用 X、Y、Z、I等表示，搜集的像素點23集合保存在電腦主機的寄存器M中，然後經過圖像重構25和圖像處理沈，然後將處理後圖像通過圖像輸出27至便於用戶看到的用戶界面觀上。
本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡通過雷射光源代替冷光源，光纖束傳輸圖像，同時自主設計的光學結構，在提高圖像分辨的前提條件下，減小物鏡端頭的物理尺寸，以達到活體成像的實際要求。圖像處理可提高圖像的重構質量。本發明採用光纖共焦顯微技術， 結合獨特的圖像重構技術，克服了現有技術的缺點，具有圖像解析度高、探頭物理尺寸小、 實時檢測等多方面優勢。
權利要求
1.一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，該內窺鏡的結構包括有光源照明系統、共聚焦掃描單元、耦合透鏡組、傳象光纖、物鏡、光纖共聚焦光譜分析系統和圖像分析與重構系統，所述的光源照明系統提供的雷射光源進入至共聚焦掃描單元，經過耦合透鏡組耦合至傳象光纖內以傳輸至物鏡，再由物鏡出射至探測樣品上，探測樣品上反射的螢光再通過物鏡、傳象光纖、共聚焦掃描單元傳到至光纖共聚焦光譜分析系統內，再通過主機內的圖像分析與重構系統完成圖像重構。
2.根據權利要求1所述的一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，所述的光源照明系統包括電源、雷射驅動器、雷射器和雷射準直器，所述的電源為雷射驅動器供電以驅動雷射器發出雷射，發出的雷射經過雷射準直器後出射。
3.根據權利要求2所述的一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，所述雷射驅動器驅動的雷射器包括第一雷射器和第二雷射器兩個，對應於第一雷射器設有第一雷射準直器，對應於所述的第二雷射器設有第二雷射準直器。
4.根據權利要求1所述的一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，所述的共聚焦掃描單元包括沿入射光路依次設置的快速振鏡、慢速振鏡和透鏡組。
5.根據權利要求1所述的一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，所述的光纖共聚焦光譜分析系統包括螢光濾光片、濾光片轉換裝置和螢光信號探測和放大裝置，探測樣品的組織內有標記用的螢光劑，在入射的雷射的照射下產生螢光信號，此螢光信號經過物鏡、 傳象光纖、共聚焦掃描單元、螢光濾光片、濾光片轉換裝置和螢光信號探測和放大裝置，最終被光探測器轉換為電信號。
6.根據權利要求1所述的一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，其特徵在於，所述的圖像分析與重構系統設置於主機內，其將光纖共聚焦光譜分析系統採集到的單點信號還原成二維或三維的圖像，重現被探測樣品中組織的細胞結構。
全文摘要
本發明涉及一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，該內窺鏡的結構包括有光源照明系統、共聚焦掃描單元、耦合透鏡組、傳象光纖、物鏡、光纖共聚焦光譜分析系統和圖像分析與重構系統，光源照明系統提供的雷射光源進入至共聚焦掃描單元，經過共聚焦掃描單元內的耦合透鏡組耦合至傳象光纖內以傳輸至物鏡，再由物鏡出射至探測樣品上，樣品上反射的螢光再通過物鏡、傳象光纖、共聚焦掃描單元傳到至光纖共聚焦光譜分析系統內，再通過主機內的圖像分析與重構系統完成圖像重構。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡提高了生物影像的圖像解析度，具有圖像解析度高、探頭物理尺寸小、實時檢測等多方面的優勢。
文檔編號A61B1/06GK102389288SQ201110203428
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者周軍, 李健威, 殷剛, 趙浩, 陸文娟 申請人:上海波匯通信科技有限公司