医用光学仪器

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1、医用光学技术与仪器 医用光学仪器主要有眼科光学仪器、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。显微镜最早应用在医 疗中，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CO2、氦氖、YAG及新发展起来的半导体激光器 四大类

2、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 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

3、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 1）眼球）眼球 （2 2）接目物镜）接目物镜 （3 3） 中空反射镜中空反射镜 （4 4）补偿透镜组）补偿透镜组 （5 5）成像物镜组（）成像物镜组（6 6）分光棱镜）分光棱镜 （7 7）照相机胶片）照相机胶片 （8 8）反射镜）反射镜 （9 9）分划板）分划板 （1010）目镜（）目镜（1111） 观察者或电视摄像机观察者或电视摄像机 （1212）集光）

4、集光 镜镜 （1313）环形光阑）环形光阑 （1414）观察）观察 照明白炽灯（照明白炽灯（1515）聚光镜）聚光镜 （1616） 聚光镜聚光镜 （1717）照相闪光灯）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

5、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。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13mm的深度范围内，进行32个层面的共焦 扫描，每个层面采集256256个数据点。在某 一层

6、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

7、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 屈光状态态的重要因素。配戴 角膜接触镜镜、白内障术术后置 入人工晶体的度数的选择选择 ， 以及近视视眼手术术放射状角膜 切开等都需要测测定角膜曲率 。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

8、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AB ，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，

9、而使所 得虚像A“B“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10200 倍的可见影像。 显微镜原理与结构显微镜的光学参数l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。l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。l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

10、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l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。 l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。 l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。 显微镜原理与结构Magnification1000mm35 mm slide 24x35 mmM = 1000 mm 35 mm= 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

11、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l 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l数值孔径：物体与物镜间媒 质的折射率n与物镜孔径角的 一半的正弦值的乘积。l干物镜的数值孔径始终小于 1，浸液（水、油）物镜增大 n值，值，结果增大数值孔 径值 。显微镜原理与结构数值孔径lResolving power is directly related to numerical

12、aperture.分辨能力直接与数值孔径有关lThe higher the NA the greater the resolution数值孔 径越高，分辨能力越强。 lResolving power:分辨能力 a The ability of an objective to resolve two distinct lines very close together 物镜分辨两个非常接近的两条线的能力a = 0.61/n sin u (n=the lowest refractive index between the object and first objective element) (h

13、opefully 1) u is 1/2 the angular aperture of the objectiveAmNA=n(sin m)Light cone(n=refractive index)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 (9cm40cm)，物镜视场较 大 (通常l

14、5mm40mm)。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 ENDOSCOPY内窥镜Endoscopy, is the examination of inte

15、rnal body cavities using a specialized medical instrument called an endoscope.内窥镜是用 来检测人体内腔道的特 殊医疗仪器。Physicians use endoscopy to diagnose, monitor, and surgically treat various medical problems.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

16、。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