一種基於多模光譜技術的關節鏡系統的製作方法
2023-05-17 15:05:11
一種基於多模光譜技術的關節鏡系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於：包括LED燈冷光源、光纖、關節鏡探頭、圖像傳感器CCD、飛秒光纖雷射器、可以把光信號導向不同光纖的光纖開關、拉曼光譜儀、可見光譜儀、計算機控制處理單元。本發明設計合理，構思巧妙，具有廣闊的發展前景和較大的推廣意義。
【專利說明】一種基於多模光譜技術的關節鏡系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及醫療器械領域，尤其是一種基於多模光譜技術的關節鏡系統。
【背景技術】
[0002]關節鏡，是目前診治關節疾病的重要光學器械。醫生通過關節鏡可以對關節腔內結構進行全面觀察，許多關節腔內的病變可以得到直接診斷和治療。然而，對關節鏡不能確診的可疑病灶，則還需要通過活檢、病理分析等一系列過程，如此便浪費了寶貴的治療時間。因此發展既擁有現有關節鏡的功能又能實現對可疑病灶進行定量分析與確診的新技術是未來關節鏡的重點發展方向，又是醫學進步中迫切需要解決的關鍵科技問題。
[0003]眾所周知，關節腔內主要由骨細胞、細胞外間質以及骨成分組成。因此，能實現對這些成分變化等信息的分析與量化對關節疾病的診斷具有重大的臨床價值。然而，目前臨床的檢測技術都無法實現對這些信息的分析與量化。
[0004]近年來，顯微光譜技術由於具有無創、簡單、快速、高效等優點已在生物醫學中得到越來越廣泛的應用。特別是顯微非線性光譜技術，它是利用飛秒雷射與細胞及細胞外間質的內在成分相 互作用發生的線性光學效應，能有效分析與量化細胞功能和細胞外間質成分的變化情況。另外，顯微拉曼光譜技術，通過對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析，能提供無機和有機成分信息，包括礦物晶格和膠原蛋白二級結構信息等特點，在骨組織研究中有著重要應用。簡言之，顯微拉曼光譜技術能為骨成分提供了一種精確的量化手段。
[0005]但目前，在關節鏡中仍然沒有很好應用顯微非線性光譜技術和顯微拉曼光譜技術。如果，關節鏡能夠集合顯微非線性光譜技術和顯微拉曼光譜技術的優點，將獲得骨細胞、細胞外間質以及骨成分變化等的定量信息，進一步提高醫生診斷關節病變和評估關節功能的準確性以及手術的準確率和成功率。
[0006]因此，設計一種將顯微非線性光譜技術、顯微拉曼光譜技術與關節鏡相結合的多模關節鏡系統迫在眉睫。
【發明內容】
[0007]鑑於現有技術的不足，本發明提供一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，可進一步提高醫生診斷關節病變和評估關節功能的準確性以及手術的準確率和成功率。
[0008]本發明的技術方案在於:
一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:包括LED燈冷光源、光纖、關節鏡探頭、圖像傳感器CCD、飛秒光纖雷射器、可以把光信號導向不同光纖的光纖開關、拉曼光譜儀、可見光譜儀、計算機控制處理單元；所述光纖包括第一、第二、第三、第四、第五、第六光纖；所述LED燈冷光源經第一光纖與所述關節鏡探頭形成第一入射光路，所述關節鏡探頭經第二光纖與所述圖像傳感器形成第一反射光路；所述飛秒光纖雷射器通過第三光纖與所述關節鏡探頭形成第二入射光路，所述內窺鏡探頭依次通過第四光纖、光纖開關、第五光纖與所述拉曼光譜儀形成其中一路的第二反射光路；所述內窺鏡探頭依次通過第四光纖、光纖開關、第六光纖與所述可見光譜儀形成另一路的第二反射光路；所述計算機控制處理單元分別與所述LED燈冷光源、所述飛秒光纖雷射器、所述圖像傳感器、所述拉曼光譜儀、所述可見光譜儀電路連接。
[0009]其中，所述關節鏡探頭由一微型掃描器件、一顯微物鏡和分別與第一、第二、第三、第四光纖連接的四光纖組成。
[0010]所述LED燈冷光源照度在工作範圍內達到300LUX以上。
[0011]所述飛秒光纖雷射器是一高重複頻率的超短脈衝雷射器，頻率達76 MHz，超短脈衝為60 fs，波長為780 nm，輸出功率為60 mW。
[0012]所述拉曼光譜儀由一個陷波濾波片、一個高質量的反射光柵和高靈敏度TE致冷控溫C⑶陣列組成，光譜解析度可達5 cm-1，光譜覆蓋範圍175-3500 cm-1 ;所述與拉曼光譜儀連接的光纖，直徑為100
[0013]所述可見光譜儀由一個ΚΡ650型短通濾波片、兩個色散稜鏡和一個增強型CXD組成，光譜解析度可達I nm，探測的波長範圍350-650 nm ;所述與可見光譜儀連接的第六光纖，直徑為200 μ mo
[0014]本發明的優點在於:本發明採用LED燈冷光源，照度在工作範圍內達到300LUX以上，顏色接近於日光，獲得的圖像更加逼真、清晰，具有成本低、壽命長、輕便、緊湊等優點；光纖開關可以把光信號導向不同的光纖，從而可實現光路的切換；飛秒光纖雷射器既作為測量顯微拉曼光譜的光源又作為測量顯微非線性光譜的光源，並具有成本低、小型化、集約化等優勢；基於多模光譜技術的關節鏡系統，既能實現對關節腔內病灶的顯示與定位又能實現關節腔表面及骨的生化成分變化等信息的分析與量化；該系統為實現關節病變診斷提供了新方法和新技術，對提高醫生診斷關節病變和評估關節功能的準確性以及手術的準確率和成功率具有重要意義。本發明設計合理，構思巧妙，具有廣闊的發展前景和較大的推廣意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的系統構造示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
[0017]參考圖1，本發明涉及本發明提供一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，包括冷光源:LED燈1、第一光纖2、關節鏡探頭3、第二光纖4、圖像傳感器CCD 5、飛秒光纖雷射器6、第三光纖7、第四光纖8、光纖開關9、第五光纖10、拉曼光譜儀11、第六光纖12、可見光譜儀13、計算機控制處理單元14。
[0018] 所述冷光源:LED燈I發出的光通過所述第一光纖2入射到所述關節鏡探頭3內，從而到關節腔表面，所產生的反射光信號從所述關節鏡探頭3輸出，接著通過所述第二光纖4把反射光信號導向所述圖像傳感器5進行探測，所述圖像傳感器將探測到的信號輸入所述計算機控制處理單元14，獲得白光圖像，從而確定關節腔表面病灶的具體位置；在確定關節腔表面病灶的具體位置後，所述飛秒光纖雷射器6發出的近紅外超短脈衝光通過所述第三光纖7到所述關節鏡探頭3內，從而到達關節腔表面的病灶，所產生的光學信號從所述內窺鏡探頭3輸出，接著通過所述第四光纖8入射到所述光纖開關9，然後通過調控所述光纖開關9把光信號導向第五光纖10並通過所述第五光纖10入射到所述拉曼光譜儀11進行探測，所述拉曼光譜儀11將探測到的光信號輸入所述計算機控制處理單元14，獲得顯微拉曼光譜，從而實現顯微拉曼光譜的測量。
[0019]在實現顯微拉曼光譜測量後，通過調控所述光纖開關9把光信號導向第六光纖12並通過所述第六光纖12入射到所述可見光譜儀13進行探測，所述可見光譜儀13將探測到的光信號輸入所述計算機控制處理單元14，獲得顯微非線性光譜，從而實現顯微非線性光譜的測量。
[0020]優選的，所述內窺鏡探頭由四光纖、一微型掃描器件和一顯微物鏡組成；所述冷光源:LED燈，照度在工作範圍內達到300LUX以上，顏色接近於日光，獲得的圖像更加逼真、清晰，具有成本低、壽命長、輕便、緊湊等優點；所述飛秒光纖雷射器是一高重複頻率的超短脈衝雷射器，頻率達76 MHz，超短脈衝為60 fs,波長為780 nm，輸出功率為60 mW左右，具有成本低、小型化、集約化等優勢；所述拉曼光譜儀由一個陷波濾波片、一個高質量的反射光柵和高靈敏度TE致冷控溫C⑶陣列組成，光譜解析度可達5 CnT1，光譜覆蓋範圍175-3500cm-1 ;所述與拉曼光譜儀連接的光纖，直徑為100 μ m，具有作為探測針孔的功能；所述可見光譜儀由一個短通濾波片(KP650)、兩個色散稜鏡和一個增強型CXD組成，光譜解析度可達I nm，探測的波長範圍350-650 nm ;所述與可見光譜儀連接的光纖，直徑為200 μ m。
[0021]本發明為關節病變診斷提供了新方法和新技術，對提高醫生診斷關節病變和評估關節功能的準確性以及手術的準確率和成功率具有重要意義。
[0022]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:包括LED燈冷光源、光纖、關節鏡探頭、圖像傳感器CCD、飛秒光纖雷射器、可以把光信號導向不同光纖的光纖開關、拉曼光譜儀、可見光譜儀、計算機控制處理單元；所述光纖包括第一、第二、第三、第四、第五、第六光纖；所述LED燈冷光源經第一光纖與所述關節鏡探頭形成第一入射光路，所述關節鏡探頭經第二光纖與所述圖像傳感器形成第一反射光路；所述飛秒光纖雷射器通過第三光纖與所述關節鏡探頭形成第二入射光路，所述內窺鏡探頭依次通過第四光纖、光纖開關、第五光纖與所述拉曼光譜儀形成其中一路的第二反射光路；所述內窺鏡探頭依次通過第四光纖、光纖開關、第六光纖與所述可見光譜儀形成另一路的第二反射光路；所述計算機控制處理單元分別與所述LED燈冷光源、所述飛秒光纖雷射器、所述圖像傳感器、所述拉曼光譜儀、所述可見光譜儀電路連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:所述關節鏡探頭由一微型掃描器件、一顯微物鏡和分別與第一、第二、第三、第四光纖連接的四光纖組成。
3.根據權利要求1所述的一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:所述LED燈冷光源照度在工作範圍內達到300LUX以上。
4.根據權利要求1所述的一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:所述飛秒光纖雷射器是一高重複頻率的超短脈衝雷射器，頻率達76 MHz，超短脈衝為60 fs，波長為780 nm，輸出功率為60 mW。
5.根據權利要求1所述的一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:所述拉曼光譜儀由一個陷波濾波片、一個高質量的反射光柵和高靈敏度TE致冷控溫CCD陣列組成，光譜解析度可達5 cm-1，光譜覆蓋範圍175-3500 cm-1 ;所述與拉曼光譜儀連接的光纖，直徑為100 μ m。
6.根據權利要求1所述的一種基於多模光譜技術的關節鏡系統，其特徵在於:所述可見光譜儀由一個KP650型短通濾波片、兩個色散稜鏡和一個增強型CCD組成，光譜解析度可達I nm，探測的波長範圍350-650 nm ;所述與可見光譜儀連接的第六光纖，直徑為200 μ m。
【文檔編號】A61B5/00GK103932673SQ201410166357
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】卓雙木, 陳建新, 謝樹森, 朱小欽, 鄭莉琴 申請人:福建師範大學