医用光学仪器

医用光学技术与仪器眼科光学仪器显微镜医用内窥镜医用激光仪器红外热像仪1眼科光学仪器眼科光学仪器属于精密光学仪器，主要有眼底照相机、视野仪、验光仪、眼压仪、角膜曲率仪、裂隙灯显微镜等。现代眼科光学仪器的名称大都在原名称之前加上“电脑”二字，在传统的光学观察系统基础上加上电视摄像及微机自动控制、处理系统，能进行程序自动控制、电视图像显示、计算机图像处理、数据测算及分析、参数显示及打印报告及资料存档等功能。除此之外，一些新型的光学仪器也不断出现，如近年出现的利用共焦扫描激光技术对眼底成像的激光眼底扫描照机。1.1眼底照相机眼底照相机是用来观察和记录眼底——视网膜状况的光学仪器，它将眼底以黑白或彩色照片的形式保存下来，是眼科医生的主要诊断工具。现代眼底照相机装有微机及电视图像系统，可在电视监视器屏幕上显示眼底图像，供多人同时观察及动态记录(录像)。（1）眼球（2）接目物镜（3）中空反射镜（4）补偿透镜组（5）成像物镜组（6）分光棱镜（7）照相机胶片（8）反射镜（9）分划板（10）目镜（11）观察者或电视摄像机（12）集光镜（13）环形光阑（14）观察照明白炽灯（15）聚光镜（16）聚光镜（17）照相闪光灯(1)照相系统：由接目物镜、补偿透镜组、成像系统、分光棱镜及35mm照相机组成。(2)观察瞄准系统：由分光棱镜、反射镜、分划板及观察目镜组成的光路。(3)照明系统。(4)机架、调节机构及操纵手柄。(5)电视图像系统及电脑系统，在观察目镜位置装有CCD摄像机，并由5”单色监视显示图像。微电脑系统可在屏幕上完成测算功能。此外微电脑还能自动决定摄影条件，在荧光摄影时能自动插入滤色镜。利用眼底照相机可获得眼底血管荧光造影像。由前肘静脉注射荧光素钠造影剂10~15秒之后，眼底血管即可依照先动脉，后静脉，而后脉络膜血管的顺序显示荧光。用连续摄影机拍摄其过程，从而对眼底血管性状、眼底视网膜病变做出诊断。1.2激光眼底扫描成像该系统采用共焦扫描激光(ConfocalScanningLaser)技术对眼底进行成像，通过计算机分析，绘制出视盘表面的三维地形图。所以，此类仪器又叫扫描激光眼底地形图仪、视网膜层面分析仪、视神经图像处理系统等。共焦扫描技术可在1秒内，对视盘表面1~3mm的深度范围内，进行32个层面的共焦扫描，每个层面采集256×256个数据点。在某一层面上，如处于共焦点部位的反射成像是清晰的，这个扫描层面也就是此共焦部位的高度，未处于共焦的部位不能成像。通过32个层面的扫描及计算机图像处理，就可给出视盘表面的三维地形图，并计算出有关参数。视盘的改变是青光眼的早期诊断唯一的客观指标。近年又出现了利用相交的激光偏振光扫描视网膜神经纤维层的视神经纤维分析仪，对于青光眼的早期诊断更有用。1.3电脑视野仪视野仪用以测定视区范围及某视区有无功能损害。视野仪已由早期的弧形动态视野仪而发展的微机程序控制静态自动视野仪。电脑视野仪在球形屏幕积分球的白色背景上，分布有不同亮度梯度的光刺激点。这些光刺激点用发光二极管或导光纤维制作，在微机控制下显示不同的亮度梯度，给眼以刺激。根据病人分辨这些刺激点的多少及亮度梯度，可自动打印出视野范围的大小、功能缺损的部位及缺损的程度，定量显示出二维视野状态，进一步有三维立体定量显示视野改变的结果。1.4电脑角膜曲率仪角膜的曲率是影响眼屈光状态的重要因素。配戴角膜接触镜、白内障术后置入人工晶体的度数的选择，以及近视眼手术放射状角膜切开等都需要测定角膜曲率。角膜曲率计是利用角膜的反射性质来测量角膜曲率半径的。在角膜前的一特定位置放一特定大小的物体，该物体经角膜反射后产生像，测量此像的大小即可计算出角膜前表面的曲率半径。1.5电脑眼压仪老式的眼压仪是一种带有仪表指示的机械装置。现代眼压仪由微机控制，测量探头上带有压力传感器，压力信号经放大由A/D转换为数字信号，由微机处理后显示出4分钟的眼压变化曲线，依据此曲线可判定房水生成、排出量以及眼压的水平，用以判定有无早期青光眼。因为眼内房水循环失调则导致眼内压异常，从而发生青光眼。1.6光学显微镜的成像原理物体AB发出的光线经物镜O1放大后成一倒立实像A′B′，再经目镜O2放大后，就可以获得一个经两次放大的倒立虚像A″B″，该虚像成在观察者的明视距离处。显微镜原理与结构光学显微镜的成像原理显微镜的成像光路如图，它通过目镜、物镜等光学器件构成放大光路，而使所得虚像AB的距离恰好等于人眼的明视距离——250毫米，以获得将标本放大10～200倍的可见影像。显微镜原理与结构显微镜的光学参数镜检时，我们希望能看到反差适度、清晰明了的理想图像。这不仅要求所观察的标本适于某种显微镜的镜检方法，同时也要求将显微镜的各项技术性能充分发挥出来。光学显微镜主要的技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率＼焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离和图像亮度与视场亮度等。这些参数在观测过程中必须达到最佳状态。各项技术参数使用过程中彼此之间既相互联系又相互制约，每个参数都有其自身的合理界限。在使用时，应根据镜检的目的和实际情况加以协调，以适应最佳分辨率为准绳，争取达到最好的镜检效果。显微镜原理与结构显微镜的光学参数----放大率放大率是指物体经物镜、目镜两次成像后眼睛所能看到像的大小对原物体大小的比值。显微镜配有放大倍数不同的物镜和目镜，各厂家均已在物镜和目镜上标出各自的放大倍数，两者相乘即可。如在双目镜或三目镜筒内增加棱镜，有的棱镜也有放大倍数，因此显微镜的总放大率应加以考虑。qmM显微镜原理与结构Magnification1000mm35mmslide24x35mmM=1000mm35mm=28投影出去的图像是我们人眼在250mm处看到图像的28倍如果我们用一个10倍的放大镜观察投影图像，我们可以得到一个280倍的图像，但我们减少10倍的视场范围。如：一台投影仪p显微镜的光学参数----孔径角孔径角(镜口角)，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，物镜的光通量就越高。它与物镜前透镜的有效直径成正比，但与焦点的距离成反比。显微镜原理与结构显微镜的光学参数----数值孔径数值孔径：物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半β的正弦值的乘积。干物镜的数值孔径始终小于1，浸液（水、油）物镜增大n值，β值，结果增大数值孔径值。sinnAN显微镜原理与结构数值孔径Resolvingpowerisdirectlyrelatedtonumericalaperture.分辨能力直接与数值孔径有关ThehighertheNAthegreatertheresolution数值孔径越高，分辨能力越强。Resolvingpower:分辨能力aTheabilityofanobjectivetoresolvetwodistinctlinesveryclosetogether物镜分辨两个非常接近的两条线的能力a=0.61λ/nsinu(n=thelowestrefractiveindexbetweentheobjectandfirstobjectiveelement)(hopefully1)uis1/2theangularapertureoftheobjectiveAmNA=n(sinm)Lightcone(n=refractiveindex)6.2手术显微镜(显微外科电视系统)手术显微镜的产生和手术水平的提高形成了一门崭新的学科—显微外科。显微外科应用手术显微镜进行精细的手术（如小血管的对接缝合），被广泛地应用于眼科、耳鼻喉科、外科、妇科、整形外科中。传统的手术显微镜是双目立体显微镜，观察时有立体感，以保证手术精确顺利。放大倍数1.6~80倍可变，有足够大的工作距离(9cm~40cm)，物镜视场较大(通常l5mm~40mm)。现代手术显微镜上装有电视图像系统，又称为显微外科电视系统。手术显微镜结构形式很多，有可移动式及固定式两大类。可移动式又有立柱式和夹持式两种，固定式又有吊式、墙式、桌式等多种。手术显微镜的组成由观察系统、照明、支架及照相、电视摄像显示系统组成。其中观察系统有两支独立的光路以一定的夹角对物体成像，所以从两个目镜观察到的是立体像。照相机或电视摄像系统通过光学接口与手术显微镜相连，在电视监视器上显示手术情况，可供多人共览、会诊、教学科研及录像机记录存档。内窥镜[e-mail]内窥镜Endoscopy,istheexaminationofinternalbodycavitiesusingaspecializedmedicalinstrumentcalledanendoscope.内窥镜是用来检测人体内腔道的特殊医疗仪器。Physiciansuseendoscopytodiagnose,monitor,andsurgicallytreatvariousmedicalproblems.病理学家使用内窥镜诊断，监测和手术处理各种医学问题。全反射，光学纤维若则与入射光线相比，折射光线将偏离法线。当时，当时，就不再有折射光线而光全部被反射。这种对光线只有反射而无折射的现象叫全反射。称为临界角。n2=1的空气相对于n1=1.5的玻璃而言，临界角光学纤维：使光线沿着弯曲路程传播的光学元件，由直径约几微米的多根或单根玻璃纤维组成的，每根纤维也分内外两层，内层左右，左右。可得：对于空气中的纤维则：为了使更大范围内的光束能在纤维中传播，我们应选择n1和n2的差值较大的材料去制造光学纤维。医用内窥镜按结构可分为四类：1.硬性内窥镜硬性内窥镜的发展已经历了漫长的历史。早在1795年Bozzine就首次制造出一个以烛光为光源的硬件内窥镜，可观察到直肠和子宫内腔。硬性内窥镜以金属管为外壳，内装有物镜，目镜、棱镜、反光镜等光学元件的硬性直管性内窥镜。其种类主要有腹腔镜、宫腔镜、尿道膀恍镜、关节镜、胸腔镜、脑颅镜、直肠镜、鼻窦镜等。2.软性内窥镜软性内窥镜出现于20世纪50年代光纤出现以后，它以柔韧的光纤传导光源和影像，称为光导纤维内窥镜。主要种类有胃肠镜、肺镜、肾结石镜等。光导纤维内窥镜分头端(医生手持操纵端)、远端(插入脏器端)及弯曲部分三部分组成。弯曲部分是密封的软性套管，内有两种光导纤维光束，导光束和传像束，它们都是由3万~5万根光导纤维组成的光导纤维束。导光束用于照明，它将来自光源的光传输到内窥镜的末端以照明视场。导光束一般有两个，两端都安装有导光透镜。传像束有一个，远端装有物镜，头端装有目镜，传像束的每根光导纤维在内窥镜头尾两端的相对位置总是一致的，因此在目镜上重建一幅拼成的图像的位置不会混乱。一般来说，内窥镜套管还有1~2个工作钳道，以便插入外科器械；另外还有送气/送水孔道，以清洗镜面和充气及清洗操作部位。内窥镜头端部有操纵件，可操纵插入管远端的弯曲头能上、下、左、右四个方向强烈弯角，以便观察脏器内的任何位置(不同用途的内窥镜，远端结构不一样)。3.电子内窥镜电子内窥镜是1983年由美国Welch-Allyn公司首次推出的，被称为第三代内窥镜。电子内窥镜由光源、视频图像系统及外科工作钳道组成。电子内窥镜是在光导纤维内窥镜的基础上加视频图像系统组成的，但它不需要传像束和目镜，而是在物镜后装一个CCD摄像头，由导线引出电信号，传送到视频处理器经处理后，显示在彩色监视器上。屏幕上的图像还可以记录在录像机上，或用视频激光打印机打印出来，或存储在磁盘上，由计算机进一步处理。电子内窥镜代表了内窥镜技术发展的高峰，但由于价格、稳定性、可靠性、方便性等诸多因素的限制，现在医院里大量使用的仍是光导纤维内窥镜。电子内窥镜将进一步提高CCD的性质以使之超小型化，采用高保真图像技术和计算机图像文件管理系统，并实现图像实时高速处理。4.超声内窥镜超声内窥镜于20世纪80年代初问世。它是将超声探头(线阵和扇形)装入内窥镜中，在内窥镜导引下，将超声探头插入体内进行扫描，通过此方式得到的信息要比在体表上获得的扫描信息准确详细。此外，激光内窥镜、三维