本發明涉及醫療器械,具體地涉及一種雙模態內窺鏡的光學系統及雙模態內窺鏡成像探頭和內窺鏡。
背景技術:
1、目前醫用白光內窺鏡,例如硬管內窺鏡、電子內窺鏡、4k內窺鏡等,已經在臨床取得了普遍的應用,幫助醫生在微創手術方面,提供高清的圖像。
2、在早癌篩查中,目前醫生用的方案是通過白光內窺鏡觀察病灶,確定位置后通過活檢取樣的方式,基于病理學理論,確認是否為病變細胞。該方式目前有兩個需要解決的問題,一個是整個流程需要5個工作日左右,時間成本高,另一個是活檢取樣需要依靠醫生的臨床經驗,存在漏檢的風險。
3、oct成像技術被譽為光學活檢,可以實現表面以下5mm左右的深度成像。目前oct已經在眼科領域得到了廣泛應用。
4、目前已有關于將oct與白光內窺鏡結合的相關專利,如cn115444361a,公開了及一種復合成像系統,包括圖像處理單元、成像單元、內窺導管、設于內窺導管內并分別與成像系統連接的纖維內窺鏡以及oct成像導管,以及旋轉驅動組件,其中,纖維內窺鏡以及oct成像導管各自以獨立形式并行存在,即該專利申請所公開的成像系統采用雙通道的形式,白光內窺鏡一個通道,oct一個通道,這種方式雖然將白光內窺鏡和oct進行結合使用,但因為二者采用雙通道形式,導致內窺鏡插入部分整體偏大;其次,由于oct掃描方式的原因,造成成像視野很小,或者只能實現環掃等特定方式的掃描,與目前普遍的手術方案,存在不適用的情況。
技術實現思路
1、本發明的目的是為了克服現有技術中內窺鏡插入部分偏大和oct成像視野小的問題,提供一種雙模態內窺鏡的光學系統及雙模態內窺鏡成像探頭和內窺鏡,其中光學系統中白光成像結構和oct成像結構可以共用一套光路,不需要改變現有內窺鏡插入部分的直徑,且oct的成像視野顯著增大。
2、為了實現上述目的,本發明第一方面提供一種雙模態內窺鏡的光學系統,其中,所述光學系統包括:沿主光軸方向依次設置的物鏡組、目鏡組和光控制器,其中,所述光控制器用于控制白光和近紅外光的傳播方向,白光經過所述光控制器后其傳播方向保持不變,近紅外光經過所述光控制器后其傳播方向被改變,經過所述光控制器后的近紅外光進入光轉換模塊內;
3、所述光轉換模塊包括:mems微鏡和準直透鏡,其中,近紅外光依次經過所述光控制器和mems微鏡后其傳播方向平行于所述主光軸。
4、傳統的白光內窺鏡的成像結構一般包括物鏡組和目鏡組,oct成像時一般采用近紅外光,如近紅外激光,通過單模光纖傳輸后經過準直透鏡被轉換成平行光,經過mems微鏡的反射后再通過光控制器的反射經目鏡組和物鏡組后到達物方,物方反射/散射的光束重新被物鏡收集,并通過目鏡組后形成平行光束,此平行光束經過光控制器和mems微鏡后由準直透鏡聚焦,并進一步下一個部件內(如單模光纖的纖芯中),并與參考臂的返回光合束,產生干涉,最終被探測器接收并進行分析成像,由此oct成像可以與傳統的白光成像得以共用光路,且oct光路中,經過mems掃描后的光束,通過目鏡組后形成實像面,與白光內窺鏡目鏡組前端的實像面重合,根據光路可逆原理,oct光路亦可復用白光內窺鏡的物鏡組,因此使得成像范圍得到了極大地提高,與傳統的oct相比,其成像范圍有量級上的提高。
5、本發明通過在傳統的白光內窺鏡的成像結構中增加光控制器、光轉換模塊,其中,光控制器用于使得白光和近紅外光被分開,進而朝不同的方向進行傳播,其中白光依原方向繼續傳播,并可進一步進入其他單元進而進行分析處理,而近紅外光則被改變方向,并進一步經光轉換模塊進行轉換。
6、本發明對于目鏡組和物鏡組的具體結構沒有特別要求,現有的白光內窺鏡所用的目鏡組和物鏡組均可。如一般而言,所述物鏡組包括第一膠合鏡組和第二膠合鏡組,其中,第一膠合鏡組作用在于收集大視場下的光線,第二膠合鏡組的作用在于消除像差。
7、所述第一膠合鏡組包括負透鏡及與該負透鏡膠合的多塊棱鏡,其中所述負透鏡靠近物方,所述棱鏡根據不同視向角需要選用不同的棱鏡,例如30°、70°等,所述第一膠合鏡組還可以進一步包括其他透鏡(如凸透鏡或凹透鏡),其他透鏡膠合在棱鏡上即可;
8、所述第二膠合鏡組一般也采用膠合鏡,可以是雙膠合鏡,也可以是三膠合鏡,所膠合的透鏡可以是凸透鏡和/或凹透鏡,根據需要選擇即可。
9、所述目鏡組為雙膠合透鏡組,可以是凸透鏡和/或凹透鏡的膠合。
10、優選地,所述光轉換模塊還包括近紅外濾光片,其位于所述mems微鏡和準直透鏡之間,用于使近紅外光通過。設置近紅外濾光片后可以進一步減少雜光干擾,提升檢測精確度。
11、優選地,所述光學系統還包括白光濾光片,沿所述主光軸方向,所述白光濾光片位于所述光控制器的像方一側,用于使白光通過。設置白光濾光片后可以進一步減少雜光干擾,提升檢測精確度。
12、優選地,所述光控制器為分光鏡或光開關。本發明對于分光鏡沒有特別要求,比如可以是5:5分光鏡,還可以是3:7分光鏡等。現有的光開光種類均可適用,比如可以是reciseley?microtechnology?corp生產的mems光閘,并采用osx-150進行控制,當采用光開關時,coms與oct系統中的探測器,通過時分方式,在不同時刻工作,間隔可以是ms時間。
13、優選地,所述光控制器為二向色鏡,所述二向色鏡與所述主光軸之間的夾角為α,0°<α<90°。本發明的二向色鏡設置在目鏡組后方,目鏡組傳出的光為平行光,因此對于二向色鏡的安裝位置沒有嚴格要求,因此易于制造實現。
14、優選地,α為45°。對于α的具體取值只要滿足要求即可,如可以是30°、45°、60°、80°等,優選為45°。
15、優選地,所述光學系統還包括n組轉向鏡組,n為奇數,所述n組轉向鏡組位于所述物鏡組和目鏡組之間,且最后一組所述轉向鏡組的成像點與所述目鏡組的焦點重合。轉向鏡組的作用在于使得來自物鏡組或者前一個轉向鏡組的物像可以1:1成像,經過一次轉向鏡組的物像被翻轉180°,因此為保持進入目鏡組的物像為正立像轉向鏡組一般選用奇數組,如n可以是1、3、5、7等。
16、優選地,各所述轉向鏡組包括兩個平行設置的轉向透鏡,且所述轉向透鏡的光軸平行于所述主光軸。各個轉向透鏡可以采用單一的凸透鏡或單一的凹透鏡,也可以采用膠合透鏡,如可以是凹和/或凸透鏡膠合而成。
17、本發明第二方面提供一種雙模態內窺鏡成像探頭,其中,包括本發明第一方面所述的光學系統。
18、優選地,所述探頭還包括第一殼體和與該第一殼體連接的第二殼體,其中,所述第二殼體內設置有所述物鏡組和目鏡組,所述第一殼體內設置有所述二向色鏡、mems微鏡和準直透鏡,所述第一殼體還連接有光纖,所述準直透鏡的焦點為所述光纖的光發射/入射點。
19、采用此結構,從光纖發出的光被準直透鏡準直為平行光,再經mems微鏡和二向色鏡反射后依次進入目鏡組和物鏡組,而物體反射的光則沿前述路徑返回后被準直透鏡聚焦后進入光纖,再進一步進入其他部件。
20、優選地,所述第二殼體內還設置有n組轉向鏡組,n為奇數,所述n組轉向鏡組位于所述物鏡組和目鏡組之間,且最后一組所述轉向鏡組的成像點與所述目鏡組的焦點重合。
21、優選地,所述第一殼體連接有光學卡口,該光學卡口用于與適配器連接。
22、本發明第三方面提供一種內窺鏡,其中,包括本發明第二方面所述的探頭。
23、本發明通過在傳統的白光成像結構中增加光控制器(如二向色鏡、分光鏡、光開關等)、mems微鏡和準直透鏡等部件,使得oct成像可以與白光成像共用一套光學系統,不需要改變現有的白光內窺鏡插入部分的直徑,且oct成像時還可以借助白光成像的物鏡組的大視場和大工作距離的光學特性,以及白光成像的目鏡組的放大功能,可以使得oct成像實現大視場和大工作距離的優點。