雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的製作方法

2023-09-21 23:06:20

專利名稱：雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射共聚焦顯微內窺鏡，特別是涉及雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描 物鏡。
背景技術：
醫用內窺鏡已經成為體內病變探察診斷和微創手術的必需設備，在臨床醫學的各 個領域廣泛應用。目前的內窺鏡診斷在宏觀尺度上觀察體內組織，識別可疑區域，必要時鉗 取可疑組織到體外進行組織病理學診斷，是一個有創的過程，伴隨著出血、感染、早期漏診 等風險。雷射共聚焦顯微內窺鏡無需取樣活檢即可實現體內器官的實時高解析度組織病理 學診斷，並可使用螢光對比劑，特異性強，是早期病變無創診斷的重要方法，尤其對於常規 內窺鏡難以發現的癌變早期診斷具有重大意義。目前的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡多採用光纖束或單根光纖將雷射和螢光 信號分別導入體內和導出體外。光纖束允許將共聚焦掃描機構放置在體外，內窺鏡探頭可 以細小，但圖像清晰度受到光纖束本身柵格排列的嚴重影響，共聚焦圖像的分辨力較低，而 且由於相鄰芯徑的光線串擾，圖像的對比度難以提高；單根光纖則要求共聚焦掃描機構必 須放置在體內，實現比較難，尺寸也很大，並且光纖束和單根光纖均無法校正內窺鏡系統的 像差。有一些內窺鏡採用Hopkins轉像系統，相比一般轉像系統，視場邊緣的亮度得到 較大改善，但是Hopkins轉像系統數值孔徑很小，導致解析度不高，另外Hopkins轉像系統 是由十幾片至幾十片透鏡組合起來的，能量損耗大，裝配起來很困難。

發明內容
本發明的目的是提供一種可實現高解析度高清晰度成像、具有大數值孔徑、高靈 敏度和微型化特點的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡。為達到上述目的，本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡，包括同光軸裝置的 四個透鏡組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列；第一透鏡組，是由第一和第二透鏡膠合組成的f · θ透鏡，其中第一透鏡面向物方 為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡面向物方為凸面，面向像方為凸面，用於雷射共聚焦顯 微內窺鏡掃描；第二透鏡組，是由第三和第四透鏡膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組的長度和直 徑比大於15，其中第三透鏡面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡面向物方為平面， 面向像方為平面，用於雷射共聚焦顯微內窺鏡傳像；第三透鏡組，由第五和第六透鏡膠合組成，其中第五透鏡面向物方為凹面，面向像 方為凸面；第六透鏡面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組，由三個分離裝置的第七、第八和第九透鏡組成，其中第七透鏡面向物 方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡面向物方為凸面，面向物方為凹面，第九透鏡面向物方為平面，面向物方為凸面。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡採用望遠式長徑比(長度和直徑比大 於15)的傳像透鏡代替傳統的光纖束或單根光纖進行傳像，採用f· θ透鏡進行掃描能夠 將不同入射角度的雷射束耦合進體內，形成對體內組織不同位置的掃描照明，並激發掃描 位置處的螢光標記物，將螢光信號耦合至體外探測器，實現了照明光路和成像光路的合二 為一，縮小了內窺鏡探頭的尺寸，並能夠實現高清晰度成像，圖像解析度接近衍射極限，相 鄰像素無信號串擾，圖像對比度高，而且共聚焦掃描機構設置在體外，在獲得高性能共聚焦 掃描的同時，不增大內窺鏡探頭的尺寸，與現有傳統硬性內窺鏡兼容。同時採用望遠式長徑 比傳像透鏡可以在整個內窺鏡探頭長度內進行像差校正，顯微物鏡的殘留像差可由傳像系 統補償，兩者結合起來可獲得更佳的成像質量。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡為線性掃描系統，能夠和二維掃描機構 配合使用，實現雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡XY方向的掃描，水平的雷射光束入射到二 維掃描機構後被偏轉，不同偏轉角度的光線最終入射到目標物體不同的位置。實現了雷射 不同角度對應目標物體不同的位置，雷射點在體內組織的掃描位移Δχ與二維掃描機構轉 角θ成線性關係，S卩Ax = f· θ，因此，本發明的物鏡能夠實現對不同掃描角度雷射點位 置的準確定位，靈敏度高。


圖1是本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的結構示意圖。圖2是本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的中心視場光學傳遞函數圖。圖3是本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的外圍視場光學傳遞函數圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本發明。參照圖1，本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡，包括同光軸裝置的四個透鏡 組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列。第一透鏡組1，由第一、第二透鏡Li、L2膠合組成的f· θ透鏡，其中第一透鏡Ll 面向物方為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡L2面向物方為凸面，面向像方為凸面，用於激 光共聚焦顯微內窺鏡掃描；第二透鏡組2，由第三、第四透鏡L3、L4膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組2的長 度和直徑比大於15，其中第三透鏡L3面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡L4面向 物方為平面，面向像方為平面，用於雷射共聚焦顯微內窺鏡傳像；第三透鏡組3，由第五、第六透鏡L5、L6膠合組成，其中第五透鏡L5面向物方為凹 面，面向像方為凸面；第六透鏡L6面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組4，由三個分離裝置的第七、第八和第九透鏡L7、L8、L9組成，其中第七 透鏡L7面向物方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡L8面向物方為凸面，面向物方為凹面， 第九透鏡L9面向物方為平面，面向物方為凸面。實施例雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡的四個透鏡組共有九個透鏡，九個透鏡共有十五個鏡面，第一透鏡Ll的凸面為第一鏡面，第一透鏡Ll和第二透鏡L2的膠合面為第二鏡面， 第二透鏡L2的凸面為第三鏡面，第三透鏡L3的凸面為第四鏡面，第三透鏡L3和第四透鏡 L4的膠合面為第五鏡面，第四透鏡L4面向物方的平面為第六鏡面，第五透鏡L5的凸面為第 七鏡面，第五透鏡L5和第六透鏡L6的膠合面為第八鏡面，第六透鏡L6的凸面為第九鏡面， 第七透鏡L7面向像方的凸面為第十鏡面，第七透鏡L7面向物方的凸面為第十一鏡面，第八 透鏡L8的凹面為第十二鏡面，第八透鏡L8的凸面為第十三鏡面，第九透鏡L9的凸面為第 十四鏡面，第九透鏡L9的平面為第十五鏡面，假設15個鏡面的結構參數如表1所示。表 1 圖2和圖3共計算了歸一化坐標中0(中心視場)，0. 707 (外圍視場)兩個視場的 傳遞函數值。由圖2和圖3的光學傳遞函數圖可見，本例在傳遞函數值為0. 30時，中心視 場和外圍視場兩個視場的傳遞函數值能達到4001p/mm和3501p/mm的解析度。表明本發明 的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡能夠實現高解析度高清晰度成像。在本例給出的15個 鏡面的結構參數下，物鏡的數值孔徑能達到0. 35。
權利要求
雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡，其特徵在於包括同光軸裝置的四個透鏡組，第一透鏡組至第四透鏡組從像方至物方依次排列；第一透鏡組(1)，是由第一和第二透鏡(L1、L2)膠合組成的f·θ透鏡，其中第一透鏡(L1)面向物方為凹面，面向像方為凸面；第二透鏡(L2)面向物方為凸面，面向像方為凸面，用於雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描；第二透鏡組(2)，是由第三和第四透鏡(L3、L4)膠合組成的傳像透鏡，第二透鏡組(2)的長度和直徑比大於15，其中第三透鏡(L3)面向物方為平面，面向像方為凸面；第四透鏡(L4)面向物方為平面，面向像方為平面，用於雷射共聚焦顯微內窺鏡傳像；第三透鏡組(3)，由第五和第六透鏡(L5、L6)膠合組成，其中第五透鏡(L5)面向物方為凹面，面向像方為凸面；第六透鏡(L6)面向物方為凸面，面向像方為凸面；第四透鏡組(4)，由三個分離裝置的第七、第八和第九透鏡(L7、L8、L9)組成，其中第七透鏡(L7)面向物方為凸面，面向物方為凸面；第八透鏡(L8)面向物方為凸面，面向物方為凹面，第九透鏡(L9)面向物方為平面，面向物方為凸面。
2.根據權利要求1所述的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡，其特徵在於上述九個透 鏡(Li L9)共有十五個鏡面，第一透鏡(Li)的凸面為第一鏡面，第一透鏡(Li)和第二透 鏡(L2)的膠合面為第二鏡面，第二透鏡(L2)的凸面為第三鏡面，第三透鏡(L3)的凸面為 第四鏡面，第三透鏡(L3)和第四透鏡(L4)的膠合面為第五鏡面，第四透鏡(L4)面向物方 的平面為第六鏡面，第五透鏡(L5)的凸面為第七鏡面，第五透鏡(L5)和第六透鏡(L6)的 膠合面為第八鏡面，第六透鏡(L6)的凸面為第九鏡面，第七透鏡(L7)面向像方的凸面為 第十鏡面，第七透鏡(L7)面向物方的凸面為第十一鏡面，第八透鏡(L8)的凹面為第十二 鏡面，第八透鏡(L8)的凸面為第十三鏡面，第九透鏡(L9)的凸面為第十四鏡面，第九透鏡 (L9)的平面為第十五鏡面，15個鏡面的結構參數見表1 ；表全文摘要
本發明涉及一種雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡，包括四個透鏡組，能夠將不同入射角度的雷射束耦合進體內，形成對體內組織不同位置的掃描照明，並激發掃描位置處的螢光標記物，將螢光信號耦合至體外探測器。本發明的雷射共聚焦顯微內窺鏡掃描物鏡可實現高解析度高清晰度成像，具有大數值孔徑、高靈敏度和微型化特點。
文檔編號A61B1/00GK101907763SQ20101020099
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者馮志鋒, 段會龍, 王立強, 陸祖康 申請人:浙江大學