近紅外乳腺診斷儀中的光學系統的製作方法

2023-10-05 09:46:09

專利名稱：近紅外乳腺診斷儀中的光學系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子醫療儀器中的光學系統，尤其是一種適用於診斷乳腺疾病的近紅外乳腺診斷儀中的光學系統。
現有的利用強光透視乳腺的診斷儀器，大都包含以下四個部份光源、攝像機、監視器及控制器。這些診斷儀工藝成熟，型號較多。但有一點很大不足，即光源是可見光源。攝像機也是對可見光敏感的電視攝像機，它所依靠利用的光譜能量主要是在可見光區域而不是在紅外或近紅外光的區域。相反，為了濾去光源中會燙傷人體的中、遠紅外線，光路中都加有隔熱玻璃，結果把近紅外線也一併濾去，只剩下可見光。故現有的乳腺診斷儀，其中包括有些加上了「紅外」稱號的乳腺診斷儀，實際上只對可見光敏感。操作人員為避免室內可見光對診斷儀的幹擾，都無例外地需要在暗室中操作。可是醫生(大都是男性)診斷患者(往往是女性)時需反覆擠捏乳房，黑暗中雙方都深感不便。其次，光源和散熱風扇都裝在一個粗大笨重的發光筒中(俗稱探頭)，使用不便，且由於散熱不良需要用兩個發光筒交替使用。
本發明的目的是提供一種乳腺診斷儀中的近紅外光學系統，它能使乳腺診斷儀真正只工作在近紅外光譜區域，對中、遠紅外線和可見光都不敏感，醫療診斷人員可在室內明亮環境下操作使用，並能讓影像更清晰。
本發明的光學系統由下述幾個部份組成。
第一是近紅外光源。它由發光組件、光導纖維和相應的緊固件組成。發光組件是帶橢球面反光碗的特種燈泡及一片特種濾光片。該濾光片可濾去除紫光以外的所有可見光及中遠紅外光。組件的側面有一微型風扇為其降溫。燈泡的燈絲位於橢球面的一個焦點上，橢球面的另一個焦點上放有一根光導纖維的端面。根據光學原理，燈泡發出的光經濾光後將聚焦在光纖端面並進入光纖，然後從光纖另一頭射出。由於大部份可見光及中遠紅外光被濾去，因而從出光纖中射出的光，絕大部份能量集中在波長750nm到1000nm之間，也即在近紅外區域。另外還有一些波長415nm以下的紫光射出，它的強度與近紅外光成正比，方向與近紅外光相同，用來指示看不見的近紅外光。由於該指示光是可見光譜中離近紅外光最遠的紫光，故它對近紅外攝象機的影響最小。整個光源絕大部分與控制器一同裝在主機箱內，只有柔軟的光纖一頭從主機箱中伸出，供醫生手握使用。
攝像機中近紅外鏡頭是本系統的第二個組成部份。基本結構是，在普通攝像機鏡頭前再加一片紅外透鏡，透射特性是僅讓800nm以上的紅外光通過，該紅外透鏡用帶外螺紋的壓圈固定在鏡頭前面。這樣裝上紅外透鏡的鏡頭，僅讓紅外光線進入攝像機。
本發明光學系統中第三部份是選購一種科研用的攝像機，要求它對近紅外光相當敏感，而可以不考慮可見光蘭紫光波段靈敏度，其感光範圍是500nm至1200nm。市售一般攝像機要求對可見光各色光響應均勻，從而對紅外光響應則較差，通常是350nm至800nm。
把以上三部分組合在一起，綜合光學特性於是就成了感光範圍是800nm至1000nm，成為一套真正的近紅外光學系統。
本光學系統的優點是1．操作人員能在室內明亮環鏡下操作診斷儀，解除了雙方的顧慮。
2．因為乳腺的一般炎症、增生或良性腫瘤，通常稍改變組織密度而不改變元素的分布，但惡性腫瘤及周圍增生的血管，不僅改變組織密度而且富集鐵元素，因鐵元素對波長930納米左右的近紅外光線能強烈吸收，故若用此近紅外光作透視光源，癌組織及作為其特徵的增生血管就會在明亮的背景上留上很深、對比度很好的影像。
3．由於近紅外光波長較長故透射力較強，因此更易發現深部的乳腺病變。
4．能避免因中、遠紅外光有較強致熱能力而引起患者被照部位升溫發燙現象。
5．燈泡及散熱、聚光裝置都內置在主機裡，醫生只需手持又輕又細的光纖即可，使用方便。
6．由於光源內置空間不受限制，故能很好兼顧散熱通風與漏光的矛盾。
以下用說明書附圖對發明作進一步詳述。
說明書附

圖1為一般光透射型乳腺診斷儀結構框圖。
說明書附圖2為本發明近紅外光乳腺診斷儀結構框圖。
說明書附圖3為主機中近紅外光源組件主結構圖。
說明書附圖4為主機中近紅外光源組件輔結構圖，它是附圖3的A向視圖。
說明書附圖5為攝像機中的近紅外鏡頭結構示意圖。
說明書附圖6為上述各部分光譜透過率及光譜特性圖。
圖中標號(1)為監視器，(2)為控制器，(3)為普通攝像機，(4)為光源，(5)為帶近紅外光源的主機，(6)為近紅外攝象機，(7)為光纖，(8)為燈座，(9)為特種燈泡，(10)為未濾色的光線，(11)為橢球面反光碗，(12)為壓圈，(13)為光具座，(14)為通風口，(15)為複合濾光片，(16)為濾色後的光線，(17)為光纖端面，(18)為主機殼體，(19)可拆卸光纖接頭，(20)為手握出光頭，(21)為燈絲，(22)為微型電風扇，(23)為鏡頭C型螺紋接口，(24)為鏡頭外殼，(25)為透鏡組，(26)為紅外透鏡，(27)為鏡頭壓圈。
在圖1中顯示器(1)、普通攝象機(3)和發光筒(4)都有電源線與控制器(2)相連，另外顯示器(1)和普通攝象機(3)有信號線相連。
在圖2中，本發明主要的特點是光源經濾光後成了帶紫色指示光的近紅外光；光源組件移進了主機箱(5)中，只伸出光纖(7)供使用。再者就是普通攝象機鏡頭前加了近紅外透鏡變成了近紅外攝象機(6)。
圖3和圖4是光源組件實施例結構圖。燈座(8)、特種燈泡(9)和橢球面反光碗(11)組裝在一起，用兩個帶外螺紋的壓圈(12)裝在具有內螺紋的光具座(13)的一側。光具座(13)頂部和兩側開有通風孔(14)，特製的複合濾光片(15)被另兩個壓圈(12)固定在光具座(13)的另一側。特種燈泡(9)通常用滷素燈泡，它的燈絲(21)發出的光線(10)經複合濾光片(15)濾色後成了帶紫色指示光的近紅外光(16)，射入可拆卸光纖接頭(19)中光纖(7)的端面(17)，經光纖(7)傳導，從手握出光頭(20)射出。由於複合濾光片(15)大量吸收中、遠紅外光，溫度很高，需用微型電風扇(22)強制風冷。
附圖5中，商品攝象機鏡頭的透鏡組(25)前方加上紅外透鏡(26)，它用鏡頭壓圈(27)壓緊。外界光線經紅外透鏡(26)濾色後被濾去一切可見光，僅剩紅外光進入攝像機。
下面說明系統的光譜特性。附圖6是發明人已實現的一個系統的光譜特性圖。附圖5的橫坐標是波長，單位nm，縱坐標在6(a)和6(b)中是透過率T，在6(c)、6(d)、6(e)中是光譜響應A，都用百分比表示。
說明書附圖6(a)是近紅外光源中複合濾光片(15)的透過率曲線。複合濾光片(15)將波長為415nm至750nm的可見光及波長為1000nm以上的中、遠紅外光大部份濾去，從而使其發出的光能量主要分布在近紅外光譜段，也即波長750nm至1000nm之間。另外，濾色後的光線中也還有波長為415nm以下的紫光存在。
圖6(b)是攝像機用的近紅外鏡頭中的紅外透鏡(26)的透過率曲線。紅外透鏡(26)僅讓波長800nm以上的近紅外光進入攝像機。
圖6(c)是某型科研用的攝像機光譜響應曲線。可以看出其感光範圍達到近紅外波段，即波長響應達到1200納米。
圖6(d)明確表明了用本發明光學系統組成的近紅外乳腺診斷儀，由於光源和各種濾光片及感光體綜合作用，其總體感光範圍在800納米至1000納米之間，可見真正形成了近紅外光攝像系統。
圖6(e)為某種市售乳腺「紅外」診斷儀光譜特性，它實際工作在可見光範圍，因為首先其「冷光源」很少含近紅外光，而普通攝像機要求對可見光波段各色響應儘可能均勻，為提高蘭紫光段響應，故近紅外光波段響應較差，鏡頭前也就未加紅外透鏡。綜合起來，該系統只是一個可見光攝像系統。
權利要求
1.一種近紅外乳腺診斷儀中的近紅外光學系統，它包括a由光纖(7)、燈座(8)、特種燈泡(9)、橢球面反光碗(11)、壓圈(12)、光具座(13)、通風口(14)、複合濾光片(15)、殼體(16)、可拆卸光纖接頭(17)、手握出光頭(18)、微型電風扇(20)構成的近紅外光源(5)b由鏡頭C型螺紋接口(21)、鏡頭外殼(22)、透鏡組(23)、紅外透鏡(24)、鏡頭壓圈(25)構成的近紅外攝像機(6)中的近紅外鏡頭；其特徵是橢球面反光碗(11)卡在光具座(13)內側，其前面是通風口(14)，通風口(14)前面為複合濾光片(15)，特種燈泡的燈絲與光纖的一端分別處於橢球面的兩個焦點上；b近紅外攝像機(6)中的近紅外鏡頭其外側為鏡頭壓圈(25)，其內側分別順序為紅外透鏡(24)，透鏡組(23)。
全文摘要
本發明提供一種適用於近紅外乳腺診斷儀中的光學系統。它包括由燈座、特種燈泡、橢球面反光碗、壓圈、光具座、複合濾光片、主機殼體、可拆卸光纖接頭、光纖、手握出光頭和微型電風扇構成的近紅外光源的主機;由鏡頭C型螺紋接口、鏡頭外殼、透鏡組、紅外透鏡、鏡頭壓圈構成的近紅外攝像機中的近紅外鏡頭;特種科研用的對近紅外光敏感的攝象機。其最大特點是使診斷儀只對近紅外光十分敏感,因而醫療診斷人員可在室內明亮環境下操作診斷,使醫療人員及患者尤其是女性患者帶來方便,並使診斷儀影象更清晰。
文檔編號A61B6/00GK1306800SQ0010175
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月21日 優先權日2000年1月21日
發明者邢剛 申請人:邢剛