一種共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械制造領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種帶輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功 能的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡（pCLE,probe-based Confocal Laser Endomicroscopy) 是一種可W借助胃鏡、結(jié)腸鏡等通道伸入人體，獲取局部組織學(xué)圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)微小病灶、胃腸 道病變及早期胃腸道癌變的精準(zhǔn)診斷的醫(yī)療設(shè)備。因?yàn)榫哂锌焖?、?zhǔn)確且無(wú)創(chuàng)等特點(diǎn)，它可 能在不久的未來(lái)取代傳統(tǒng)的內(nèi)鏡活檢與病理學(xué)檢查，成為胃腸道疾病及早期胃腸道癌變?cè)\ 斷的主要手段及設(shè)備。
[0003] 如CN99813284.5、CN02828322.8、CN03821815.1等文獻(xiàn)描述，目前成熟的、商業(yè)化 的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡一般原理是:激光器發(fā)出的激光經(jīng)二向色鏡反射后進(jìn)入由諧振型 快速掃描鏡(如4K掃描頻率的諧振型掃描鏡)及檢流計(jì)型慢速掃描鏡組成的光束掃描裝置 掃描偏轉(zhuǎn)后，光源會(huì)進(jìn)入無(wú)焦的中繼鏡組，達(dá)到禪合物鏡，使偏轉(zhuǎn)掃描后的光源聚焦到光纖 束探頭的近端，從而由光纖束將激發(fā)光傳輸?shù)绞孪茸⑸溥^(guò)巧光溶液的病人的生理組織上。 光纖束探頭遠(yuǎn)端處的微物鏡收集人體組織通過(guò)散射的方式發(fā)出的巧光，并經(jīng)由前述的光纖 束探頭、禪合物鏡、中繼鏡組、光束掃描裝置退掃描到二向色鏡處，并透過(guò)二向色鏡及其后 的長(zhǎng)通濾光片，到達(dá)巧光聚焦鏡。被聚焦的巧光進(jìn)入微小尺寸的空間濾波小孔，并被可W進(jìn) 行微弱光信號(hào)檢測(cè)的光電探測(cè)裝置接收。光電探測(cè)裝置會(huì)迅速地(~I(T 8S)將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電流信號(hào)。在控制單元控制下，光束掃描裝置偏轉(zhuǎn)得到一系列與空間位置對(duì)應(yīng)的電流 信號(hào)序列;經(jīng)由特定的算法，運(yùn)些電流信號(hào)序列將進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，并被拼接成與空間對(duì)應(yīng)、具 有一定帖頻、像素尺寸及分辨率的組織圖像實(shí)時(shí)顯示在顯示設(shè)備上。
[0004] -般的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡有W下缺點(diǎn)：
[0005] (1)嚴(yán)格意義上講，激光器長(zhǎng)時(shí)間工作散發(fā)的熱量并不適合用風(fēng)扇或者熱電制冷 器(TEC)帶走，因?yàn)轱L(fēng)扇會(huì)通過(guò)空氣循環(huán)將環(huán)境中的灰塵"吸"入系統(tǒng);熱電制冷器冷凝的水 分也會(huì)滯留在系統(tǒng)中?；覊m及潮濕的壞境通常會(huì)對(duì)上述探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的光電 器件造成不同程度的損害，造成系統(tǒng)性能下降或者損壞。
[0006] (2)二向色鏡、長(zhǎng)通濾光片及空間濾波小孔之間有較大的間隔距離，因此不能完全 遮攔、隔離空間雜散光。
[0007] (3)巧光聚焦鏡與空間濾波小孔(典型尺寸為20皿)的對(duì)準(zhǔn)困難且耗時(shí)。
[0008] (4)因?yàn)殄懩すに噺?fù)雜、用量小、供應(yīng)商單一等原因，系統(tǒng)中使用二向色鏡、長(zhǎng)通濾 光片相對(duì)比較昂貴。
[0009] (5)在系統(tǒng)的使用過(guò)程中，在輸入激光功率不變的情況下，由于不同生物組織對(duì)巧 光素的特異性不同，觀察不同生物組織時(shí)，光電探測(cè)器接收到的信號(hào)強(qiáng)度不同，導(dǎo)致顯示的 圖像出現(xiàn)過(guò)曝或欠曝現(xiàn)象，需要調(diào)節(jié)輸入激光功率才能使顯示的圖像保持合適的亮度。一 般的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡使用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)輸入激光功率，頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)激光功率的操 作會(huì)占用操作者大量精力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種帶輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的探頭式 共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，目的在于省去了巧光聚焦鏡與空間濾波小孔的對(duì)準(zhǔn)工藝，減小了系 統(tǒng)體積及雜散光；同時(shí)方便了光、電模塊的分離及激光器的散熱，降低了系統(tǒng)的制造成本； 自動(dòng)調(diào)節(jié)激光功率，保證能夠獲取合適亮度的實(shí)時(shí)圖像。
[0011] 本發(fā)明提供了一種探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括:激光器、光纖環(huán)形器、準(zhǔn)直 鏡組、光束掃描裝置、中繼鏡組、禪合物鏡、光纖束探頭、光電探測(cè)器和控制單元;激光器用 于產(chǎn)生激發(fā)光;光纖環(huán)形器具有S個(gè)端口，第一端口 Pl用于接收所述激發(fā)光，第二端口P2用 于輸出禪合后的激發(fā)光，并接收巧光;第=端口 P3用于輸出巧光;準(zhǔn)直鏡組用于對(duì)禪合后的 激發(fā)光進(jìn)行準(zhǔn)直，并對(duì)巧光進(jìn)行聚焦;光束掃描裝置用于對(duì)準(zhǔn)直后的激發(fā)光進(jìn)行掃描處理 后獲得偏轉(zhuǎn)后的激發(fā)光；中繼鏡組用于對(duì)所述偏轉(zhuǎn)后的激發(fā)光的偏轉(zhuǎn)幅度進(jìn)行壓縮處理； 禪合物鏡用于對(duì)壓縮后的激發(fā)光進(jìn)行聚焦處理;光纖束探頭的近端處于所述禪合物鏡的焦 面，用于收集所述禪合物鏡禪合方式注入的激發(fā)光，并將所述禪合物鏡輸出的激發(fā)光傳輸 至遠(yuǎn)端;光電探測(cè)器用于接收所述光纖環(huán)形器的所述第=端口 P3輸出的所述巧光，并將所 述巧光轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；控制單元用于輸出特定時(shí)鐘信號(hào)，并控制所述光束掃描裝置中的 快、慢振鏡掃描光束，同時(shí)根據(jù)所述特定時(shí)鐘信號(hào)接收所述電流信號(hào)并對(duì)所述電流信號(hào)進(jìn) 行處理后輸出激光功率目標(biāo)值，并控制所述激光器按照激光功率目標(biāo)值產(chǎn)生激發(fā)光，從而 實(shí)現(xiàn)輸入激光功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0012] 更進(jìn)一步地，工作時(shí)，光纖束探頭輸出的激光照射到事先注射過(guò)巧光溶液的人體 的生理組織上，人體的生理組織受到激發(fā)后W散射的形式發(fā)出更長(zhǎng)波長(zhǎng)的巧光；巧光被所 述光纖束探頭遠(yuǎn)端的微物鏡接收并依次經(jīng)過(guò)光纖束探頭、禪合物鏡、中繼鏡組、光束掃描裝 置及準(zhǔn)直鏡組原光路返回，由所述光纖環(huán)形器的第=端口P3輸出，被所述光電探測(cè)器探測(cè) 后轉(zhuǎn)換為所述電流信號(hào)。
[0013] 更進(jìn)一步地，所述光纖環(huán)形器的第一端口Pl包括多個(gè)子端口，所述光纖環(huán)形器的 第=端口 P3包括多個(gè)與所述第一端口 Pl的子端口相匹配的子端口。
[0014] 更進(jìn)一步地，由所述激光器、所述光纖環(huán)形器和所述光電探測(cè)器構(gòu)成的激發(fā)接收 模塊與由所述準(zhǔn)直鏡組、所述光束掃描裝置、所述中繼鏡組及所述禪合物鏡構(gòu)成的光學(xué)傳 輸模組隔離分區(qū)設(shè)置。
[0015] 更進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直鏡組的數(shù)值孔徑與所述光纖環(huán)形器的第二端口 P2處的光纖 的數(shù)值孔徑接近。
[0016] 更進(jìn)一步地，所述中繼鏡組的垂軸放大率為1。
[0017] 更進(jìn)一步地，所述禪合物鏡與所述光纖環(huán)形器的第二端口 P2和第=端口 P3共輛。
[0018] 更進(jìn)一步地，所述光纖束探頭中的所述微物鏡的機(jī)械外徑小于2.7mm。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種基于上述的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的輸入激光功率的 自動(dòng)調(diào)節(jié)方法，包括下述步驟：
[0020] SI:根據(jù)所述光電探測(cè)器探測(cè)到的所述電流信號(hào)計(jì)算亮度信息レ
[0021] S2:判斷所述亮度信息L是否在亮度范圍[a,b]內(nèi)；若是，則保持輸入激光功率不 變，并返回至步驟SI,若否，則轉(zhuǎn)入步驟S3;
[0022] S3:根據(jù)所述亮度信息L和所述亮度范圍[a, b]計(jì)算激光功率調(diào)整值
;并根據(jù)所述激光功率調(diào)整值A(chǔ) P獲得激光功率目標(biāo)值Ps = P+ A P;
[0023] S4:控制所述激光器按照激光功率目標(biāo)值Ps產(chǎn)生激發(fā)光。
[0024] 更進(jìn)一步地，當(dāng)光電探測(cè)器輸出信號(hào)的上限值為m時(shí)，亮度范圍[a, b]為：a = 0.25m,b二0.5m。
[0025] 本發(fā)明使用光光纖環(huán)形器取代了二向色鏡、長(zhǎng)通濾光片及空間濾波小孔，省去了 巧光聚焦鏡與空間濾波小孔的復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)工藝，使系統(tǒng)的裝調(diào)變得容易；同時(shí)減少了雜散 光，增加了系統(tǒng)的信噪比；減小了系統(tǒng)體積，方便了光、電模塊的分離及激光器的散熱。因?yàn)?制造工藝成熟，用量大，使用光纖環(huán)形器后降低了系統(tǒng)的制造成本。同時(shí)，本發(fā)明中的輸入 激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的模塊能夠?qū)崿F(xiàn)輸入激光功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持觀察過(guò)程中顯示的 圖像始終具有合適的亮度，避免了操作者頻繁的手動(dòng)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)操作更為簡(jiǎn)便。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的帶輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的探頭式共焦顯微內(nèi)窺 鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中多子端口光纖環(huán)形器的示意圖。
[0028] 圖3是本發(fā)明包含的激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的方法流程示意圖。
[0029] 附圖中各部件的標(biāo)記如下：1為激光器;2為光纖環(huán)形器;3為準(zhǔn)直鏡組;4為光束掃 描裝置;5為中繼鏡組;6為禪合物鏡;7為光纖束探頭、8為光電探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0031] 本發(fā)明提供了一種新型的帶輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的探頭式共焦顯微內(nèi)窺 鏡系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生激發(fā)光的激光器1;用于禪合激發(fā)光、分離激發(fā)光和巧 光的光纖環(huán)形器2;用于準(zhǔn)直激發(fā)光及聚焦巧光的準(zhǔn)直鏡組3;用于激發(fā)光偏轉(zhuǎn)的光束掃描 裝置4;用于壓縮偏轉(zhuǎn)幅度的中繼鏡組5 ;用于激發(fā)光聚焦及禪合的禪合物鏡6;用于激發(fā)光 的柔性傳輸及傳像的光纖束探頭7;用于微弱光信號(hào)探測(cè)的光電探測(cè)器8;用于控制激光器、 光束掃描裝置、光電探測(cè)器及對(duì)光電探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理的控制單元（圖1中未示 出）；控制單元輸出特定時(shí)鐘信號(hào)、控制光束掃描裝置4中的快、慢振鏡掃描光束，同時(shí)按前 述的時(shí)鐘接收光電探測(cè)器8收集的電流信號(hào)，并按特定算法處理W生成圖像；W及用于實(shí)時(shí) 顯示圖像的顯示設(shè)備（圖1中未示出）。
[0032] 本發(fā)明還提供了一種基于上述的探頭式共焦顯微內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的輸入激光功率的 自動(dòng)調(diào)節(jié)方法，包括W下步驟：
[0033] 步驟Sl:由所述光電探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)計(jì)算亮度信息L
[0034] 步驟S2:判斷亮度信息L是否在亮度合理范圍[a，b]內(nèi)；
[0035] 步驟S3:計(jì)算激光功率調(diào)整值A(chǔ) P和激光功率目標(biāo)值Ps;
[0036] 步驟S4:由控制單元將激光功率目標(biāo)值Ps設(shè)置到激光器；
[0037] 在系統(tǒng)工作過(guò)程中循環(huán)上述Sl~S4步驟。
[0038] 步驟S2中的所述a和b為預(yù)先確定的值。亮度合理范圍[a, b]為經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)光電探測(cè) 器輸出信號(hào)的上限值為m時(shí)，亮度范圍[a，b]為:a = 0.25m，b = 0.5m。
[0039] 本發(fā)明同時(shí)包含一種輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的模塊，輸入激光功率自動(dòng)調(diào)節(jié) 模塊包含在控制單元內(nèi)，依據(jù)每一帖獲取的所述光電探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)計(jì)算亮度信息， 根據(jù)亮度信息計(jì)算激光功率的目標(biāo)值調(diào)整值，由控制單元發(fā)出命令控制激光器調(diào)整激光器 的功率至激光功率的目標(biāo)值。
[0040] 本發(fā)明使用光纖環(huán)形器取代了二向色鏡、長(zhǎng)通濾光片及空間濾波小孔，省去了巧 光聚焦鏡與空間濾波小孔的復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)工藝，使系統(tǒng)的裝調(diào)變得容易；同時(shí)減少了雜散光， 增加了系統(tǒng)的信噪比；減小了系統(tǒng)體積，方便了光、電模塊的分離及激光器的散熱。因?yàn)橹?造工藝成熟，用量大，使用光纖環(huán)形器后降低了系統(tǒng)的制造成本。本發(fā)明中的輸入激光功率 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的模塊能夠?qū)?