医用光学技术与仪器

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章,医用光学技术与仪器,医用光学仪器主要有,眼科光学仪器、手术显微镜、医用内窥镜和医用激光仪器四大类。,眼科光学仪器主要有眼前部、眼压、眼底、视野等多种检查仪器，特别是微电脑及电视图像技术的应用，使传统的眼科光学仪器得以迅速地更新换代。手术显微镜有单人双目和双人双目两种形式，,现代手术显微镜配备了电视图像系统，称为显微外科电视系统。,医用内窥镜是随着光导纤维的出现而发展起来的，,广泛应用于消化道、泌尿科、肺科、妇科、五官科、骨科中的诊断和治疗。装有,CCD,摄像机及电视图像系统的内窥镜又称,电子内窥镜,，可实时地显示脏器内的黑白或真彩色图像。,医用激光仪器,主要有,CO,2,、,氦氖、,YAG,及新发展起来的半导体激光器四大类型，,主要用于治疗，其次用于诊断。,医用光学技术与仪器,眼科光学仪器,手术显微镜显微外科电视系统,医用内窥镜,医用激光仪器,红外热像仪,6.1,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、电脑视野仪、电脑验光仪、电脑眼压仪、电脑角膜曲率仪、裂隙灯显微镜等。这类仪器大都是由传统的眼科光学仪器发展起来的，,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，因此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。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。,6.1.1,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35,mm,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,1015,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。,6.1.2,激光眼底扫描成像,该系统采用,共焦扫描激光,(,Confocal Scanning Laser),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,13,mm,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。,6.1.3,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。,6.1.4,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。,现代角膜曲率仪也是一个光学系统与计算机相结合的电视图像系统。它是以,100%,黑白对比度的多个同心圆环,(,Placido,氏盘,),在角膜上显示的影像，以计算机伪彩色处理和显示整个角膜各子午线的曲率，并可自正面及各不同侧面显示角膜曲率状态，或以彩色显示角膜表面的地形图，并打印出角膜图形、屈率及屈光度等参数。,6.1.5,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。,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,1.680,倍可变，有足够大的工作距离,(9,cm40cm),，,物镜视场较大,(,通常,l5mm40mm),。,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。,6.3,医用内窥镜,医用内窥镜是一种光学装置，可以插入人体内脏器官，从人体外直接观察到人体内脏器官的组织形态。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,12,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、三维内窥镜和检查肠弯曲部内窥镜也在发展之中。激光内窥镜是内窥镜诊断和激光治疗结合在一起的新一代内窥镜。三维内窥镜将三台电子内窥镜结合可提供三维立体图像，能使许多高难度的手术得以顺利进行。,医用内窥镜若以临床应用范围分类，可分为以下八类：胃肠内窥镜，腹腔内窥镜，脊柱内窥镜，颅内内窥镜，关节内窥镜，泌尿系统内窥镜,(,膀恍镜、前列腺镜、肾镜、输尿管镜,),，妇产科内窥镜，内窥镜视频摄像机。,医用内窥镜朝着超细径化,(,胃肠窥镜的直径为,7.912.8,mm,，,而近年出现可观察深部栓塞及肾结石的内窥镜，直径为,0.19,mm),、,配各种传感器以检测各种参数、装配机械式治疗装置及激光、微波、高频电灼、电气水压等先进技术的治疗装置、装配超小型摄像机及计算机图像处理系统等方向发展。,6.4,医用激光仪器,激光器是利用受激辐射放大电磁波的原理，在可见光、红外以及紫外区产生激光辐射的器件。,根据受激工作物质的不同，激光器可分为固体激光器,(,红宝石、钕玻璃、钇铝石榴石,(,YAG),、,气体激光器,(,二氧化碳,(,CO,2,),、,氦氖,(,He-Ne),、,氩,(,Ar,+,),等,),、半导体激光器和液体激光器。激光的特点是具有极高的亮度、放向性高度集中、高单色性和具有良好的相干性。在工业上用于打孔、切割、焊接高熔点材料，,在医学上主要用于治疗。,自从,1960,年梅曼（,）,制成第一台红宝石激光器之后，第二年激光就被用于眼科的视网膜焊接。此后的几十年间，激光的应用逐渐发展，成为一门应用十分广泛的科学技术。,激光对人体组织有热效应、电离效应和光化学效应。,激光照射后组织吸收光能转换为热量，使,组织局部温度升高，引起组织内蛋白质变性而发生凝固，称为光凝作用,；组织接受更强的激光照射，细胞内外的水会汽化变成水蒸汽，同时产生,电离效应，使细胞膨胀破裂,，从而达到切割组织的作用；组织达到汽化后如再持续照射，可使组织达到碳化的程度，用来切割骨组织。医用激光仪器主要使用,CO,2,、,YAG,、,Ar,+,及半导体激光器。在临床上，激光已广泛的应用到眼科、皮肤科、肿瘤科、外科、内科、妇产科、神经科、耳鼻喉科和口腔科等各个方面。,1.对组织进行切割和分离,激光对组织进行切割和分离时，由于激光束聚焦后的光点非常小，能量高度集中，作用时间又短，因而它对组织的破坏最小，并且其创面或器官表面如遇出血或附着粘液时，就会阻碍进一步照射，临床表明，用激光进行分离和切割，操作简便，防护措施也很简单，患者出血也少，切口愈合平滑、整齐。因而深受医护人员和患者的欢迎。,2.对组织进行气化和融解,由于高功率的,CO,2,激光器，其光点温度可达,200,以上，并具有一定的压强，它不仅能熔融组织，而且