光纤光学
医
用
光
纤
内
窥
专业: 光电信息工程
班级:xxxxxx
学号: xxxxxxxxx
姓名:xxx
医用光纤内窥镜
内窥镜是一个常见医疗器械.由可弯曲部分、光源及一组镜头组成。经人
体天然孔道, 或是经手术做小切口进入人体内。使用时将内窥镜导入预检验器
官, 可直接窥视相关部位改变。图像质量好坏直接影响着内窥镜使用效果, 也
标志着内窥镜技术发展水平。最早内窥镜被应用于直肠检验。医生在病人肛门内插入一根硬管, 借助于蜡烛光亮, 观察直肠病变。这种方法所能取得诊疗
不一样类型器械不一样种类和材质制作内窥镜在结构和设计上是差不多, 光纤
内窥镜它制作材料是纤维材质, 比较柔软, 能够进入比较细小孔内, 而且拍摄到
画质也比较清楚。 1957 年美中国科医生Basil Hirschowitz,在密歇根州大学研制
成功纤维内窥胃镜,开启了内窥技术发展新纪元—纤镜。
光纤内窥镜系统由内窥镜镜体和冷光源两部分组成, 镜体内有两条光纤束: 一条叫光束, 它是用来将冷光源产生光线传导到被观察物体表面, 将被观察物表面照亮; 另一条叫像束, 它是把数万根直径在1 微米以下光纤按一行一行地次序排列成一束, 一端对准目镜, 另一端经过物镜片对准被观察物表面, 医生经过目镜能够很直观地看到脏器表面情况, 便于立即正确地诊疗病情。比如, 借助内窥镜医生能够观察胃内溃疡或肿留, 据此制订出最好诊疗方案。传导图像光纤
束组成了光纤内镜关键部分, 它由数万根极细玻璃光纤组成, 依据光学全反射原
理,
图1.光纤传光原理图
全部玻璃光纤外面必需再被覆一层折射率较低膜,以确保全部内芯纤维传导光线全部能发生全反射。单根光纤传输只能产生一个光点,要想看到图像,就必需把大量光纤集成束,要想把图像传输到另一端也成一样图像,就必需使每一根光纤在其两端所排列位置相同,称为导像束。光导纤维内窥镜通常有两个玻璃光纤管,光经过其中之一进入体内,医生经过另一个管或经过一个摄像机来进行观察。
图2. 图3.
医用光纤内窥镜可分为光学系统和机械系统两大部分。
图4. 光纤内窥镜头部结构示意图
图5.多模光纤内窥镜成像原理图
光纤内窥镜光学系统由导光束、物镜、传像束及目镜等组成,图2所表示,
其工作原理（图5.）是:从光源内发出强光,经导光束照明被观察物体;图像经透
是内窥镜最关键组成部分,其质量水平高低,直接反应光纤内窥镜质量水平。
所以不仅要求传光光纤直径尽可能小,柔软性好, 而且要求有较高数值孔径,才
能达成提升视场光照度要求。被观察物体反射光经过物镜汇聚后,成像于光纤
传像束端面上,然后经过个光纤传像束传出,再经过目镜放大后, 经过CCD进行
光电转换,把光信号转变成电信号,最终显示在计算机或显示器上,进行录像或
储存。和其它光学仪器相比,光纤内窥镜光学系统独具特色:大视场、小孔径、
景深长、结构小、整机成像分辨率受传像束分辨率影响大。在其设计时应综
合考虑物镜、导光束、传像束、目镜等原因,使其参数相互匹配。
(1)内窥镜物镜
内窥镜物镜特点是小孔径大视场。小孔径是针对固定焦点内窥镜仍需较长景深而设计。大视场是内窥镜应用所要求。在近距离内,能观察到尽可能大范围,只有靠大视场角确保。大视场角会引发畸变增大,但通常内窥镜对畸变
要求不是很高,30%-40%畸变还是能够使用。
(2)内窥镜导光系统
内窥镜照明由导光系统来完成。光源发出强光经隔热聚焦后,会聚到导光束一端,经导光束传输到头端照明被观察物体。为使整个视场照度均匀,导光束照明范围应大于视场角,所以导光窗必需增加发散功效,将导光窗制成平凹透镜。
(3)内窥镜目镜
内窥镜传像束传输过来画面是经过目镜放大而供人观察。因为每个操作者视力不尽相同,在目镜上设计了视度调整装置。因为光纤单丝直径限制,目镜放大倍率不能太高,不然会影响观察效果。
内窥镜机械部分由头端部、弯曲部、保护软管、牵引钢丝绳、弯角操作钮组成,图3所表示。
(1)头端部头端部由观察窗、导光窗等组成,内窥镜头端部有直视、斜视、侧视部
(2)弯曲部 弯曲部是圈状零件多件连结而成,其中串有弯角钢丝绳(四方向4根钢丝绳,
二方向2根钢丝绳),钢丝绳一端被固定在弯曲部前端。拉紧其中一根钢丝绳,
圈状零件另一边放开,钢丝绳拉紧侧收缩,这么就成了一定角度弯曲。钢丝绳
另一端被连接在操作部弯角手轮处,转动弯角手轮,弯曲部就作和弯角手轮同一
转动方向弯角。
内窥镜性能好坏,和弯角部性能有很大关系。通常要求弯角部弯曲角度要大,但弯曲半径要小。但假如弯曲角度过大轻易使光纤束断裂,而弯曲半径过小就会使像束会折射到光纤外包皮层,造成光能损失,所以对像束和光束全部有较高要求。
(3)插入部(主软管)
插入部连接操纵部及弯角部。不一样用途内窥镜,其软管部长短亦不相同。
若对软管部作一横切面,则由外至内有以下几层组成:不锈钢外编织网管,聚氨酷涂覆层,不锈钢内编织网管及螺旋弹簧管,此四层共同组成软管壁,软管内装有导像束、导光束、牵引钢丝绳等。
(4)操作部(控制部)
操作部是内窥镜关键部件之一,由弯角手轮、弯角锁紧钮等组成。
1)弯角钮
转动弯角钮手柄,鼓轮随之转动,拉动牵引钢丝绳,因钢丝绳牵引弯角部蛇管,引发蛇骨管各关节作上下左右四个方向运动,并带动头端部作对应弯角运动。
2)弯角锁紧钮及锁紧原理
使用中有时须将头端部固定于某一特定位置,故在弯角手轮旁设计了弯角锁紧钮。弯角锁紧是经过左旋螺纹来压紧手轮来完成。锁紧钮连接左旋螺纹,并装有尼龙和弹性片。当锁紧钮作顺时针旋转时,尼龙脱离弯角手轮,所以不影响弯角手轮转动,此时称为“自由”状态。若将锁紧钮作逆时针旋转时,尼龙
置。弯角手轮紧锁只是使弯角时产生较大阻尼,弯角“固定”于某一位置,但此时并非
“锁死”。这是为了预防操作者忘了在锁紧状态下而将内窥镜强行拉出时,造成
意外损伤。
(5)导光插头部
导光插头部是连接冷光源装置。导光插管端面在冷光源灯炮聚焦点上,为了得到尽可能高光亮度,导光束端面应和导光插管端面平齐,以确保其一样在冷光源灯泡聚焦点上。
医学所用光纤内窥镜有两个作用:一是将外部强光导入人体器官内;二是把器官内壁图像导出体外。光纤能够导出黑白图像,也能够导出彩色图像。利用光纤制成内窥镜,在检验胃部疾病时,因为光纤有输送光线、传导图像本事,
又有柔软、灵活, 能够任意弯曲等优点,所以, 能够经过食道插入胃里,这么光
纤把胃里图像传出来,医生就能够窥见胃里情形,然后,依据情况进行诊疗和诊疗。另外,医生还能够利用光纤内镜检验食道、十二指肠等疾病。现在利用内窥镜系统能够抵达人体膀胱、直肠、食道、心脏、腹腔等部位。光纤内窥镜还可导人心脏和脑室,测量心脏中血压、血液中氧饱和度、体温等。光纤在医学诊疗领域有很广泛应用,比如,石英光纤、多组份玻璃光纤、聚合物光纤和红外晶体光纤、氟化物玻璃光纤等在医学诊疗方面有很多应用。其中石英光纤已在医学美容、手术诊疗和光动力疗法等方面取得广泛应用,多组份玻璃光纤可应用于光炙仪、光热诊疗仪、牙科光固化机、牙齿美白仪、光纤内视镜等医疗仪器中,聚合物光纤POF还可应用于光纤黄疸诊疗仪等。
现代医用内窥镜已经能够检验人体内小至腺体、血管,大到腹腔各个腔体
颅腔镜:(encephaloscope)用以检验颅腔内病灶。类似还有喉镜(laryngoscope)、
纵膜镜(mediastinoscope)、宫腔镜(hysteroscope)……,针对某腔体对应特定功效
内窥镜。医用内窥镜在不一样时期全部促进了医学事业不停发展。首先,为了减轻病人痛苦,医用内窥镜向小型化,微型化方向发展,其次,为了便于医生手术操
代通信网络技术发展,远程操作内窥镜手术已成功实现,为有经验医务人员缺乏起
一定填补作用,经验丰富外科医生能够借助远程操作,指导不便抵达急诊手术。
总而言之,医用内窥镜发展为大家揭示了人体奥秘,使多个疑难病症得到诊疗和诊疗。以后伴随电子技术及其它科学技术不停进步,相信其技术会有更广更深发展。它非但能完成当今所完成任何一项工作,还会加用特殊光谱CCD提供新诊疗图像信息,还可用图像处理技术取得病变组织特殊图像,并能用图像分析技术实现对病变定量分析和定量诊疗,还可经过电讯手段进行远程会诊。多功效电子内镜已经问世,它不仅能取得组织器官形态学诊疗信息,而且也能对组织器官多种生理机能进行测定。医用内窥镜技术发展到今天,已经显示出它强大生命力,相信明天会做出更辉煌贡献。
多年中国将加大医用光纤内窥镜关键技术开发力度。各类医用内窥镜在临
床医疗中有着十分关键作用,尤其是胃肠、肠镜、气管镜等软性光纤内窥镜,已成为各级医疗单位临床诊疗、诊疗必备设备,市场需求量很大。光纤传像束是软性内窥镜关键部件,直接关系到内窥镜性能和技术水平。中国现在生产内窥镜使用传像束,延用还是国际60年代水平片叠法工艺。技术落后、生产效率低,尤其是光纤单丝直径只能达14μm。因为内窥镜整体直径限制,单体面积像素数少,像素质量和国际优异水平有较大差距。现在国际上最优异传像束光纤制造技术是酸溶法工艺,它可使光纤单丝直径达成8μm,胃镜传像束像素数已多达4万,图像分辨率及整体传像质量全部有成倍提升,所以替换了叠片法工艺,使得镜体更细,对提升临床诊疗、诊疗水平、降低患者痛苦有着显著效果。