第六章 醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第六章,醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器,醫(yī)用光學(xué)儀器主要有,眼科光學(xué)儀器、手術(shù)顯微鏡、醫(yī)用內(nèi)窺鏡和醫(yī)用激光儀器四大類。,眼科光學(xué)儀器主要有眼前部、眼壓、眼底、視野等多種檢查儀器，特別是微電腦及電視圖像技術(shù)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的眼科光學(xué)儀器得以迅速地更新?lián)Q代。手術(shù)顯微鏡有單人雙目和雙人雙目兩種形式，,現(xiàn)代手術(shù)顯微鏡配備了電視圖像系統(tǒng)，稱為顯微外科電視系統(tǒng)。,醫(yī)用內(nèi)窺鏡是隨著光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，,廣泛應(yīng)用于消化道、泌尿科、肺科、婦科、五官科、骨科中的診斷和治療。裝有,CCD,攝像機(jī)及電視圖像系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡又稱,電子內(nèi)窺鏡,

2、，可實(shí)時(shí)地顯示臟器內(nèi)的黑白或真彩色圖像。,醫(yī)用激光儀器,主要有,CO,2,、,氦氖、,YAG,及新發(fā)展起來的半導(dǎo)體激光器四大類型，,主要用于治療，其次用于診斷。,醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器,眼科光學(xué)儀器,手術(shù)顯微鏡顯微外科電視系統(tǒng),醫(yī)用內(nèi)窺鏡,醫(yī)用激光儀器,紅外熱像儀,6.1,眼科光學(xué)儀器,眼科光學(xué)儀器屬于精密光學(xué)儀器，主要有眼底照相機(jī)、電腦視野儀、電腦驗(yàn)光儀、電腦眼壓儀、電腦角膜曲率儀、裂隙燈顯微鏡等。這類儀器大都是由傳統(tǒng)的眼科光學(xué)儀器發(fā)展起來的，,在傳統(tǒng)的光學(xué)觀察系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上電視攝像及微機(jī)自動(dòng)控制、處理系統(tǒng)，,能進(jìn)行程序自動(dòng)控制、電視圖像顯示、計(jì)算機(jī)圖像處理、數(shù)據(jù)測算及分析、參數(shù)顯示及打印報(bào)告及

3、資料存檔等功能，因此現(xiàn)代眼科光學(xué)儀器的名稱大都在原名稱之前加上電腦二字。除此之外，一些新型的光學(xué)儀器也不斷出現(xiàn)，如近年出現(xiàn)的利用共焦掃描激光技術(shù)對眼底成像的激光眼底掃描照機(jī)。,6.1.1,眼底照相機(jī),眼底照相機(jī)是用來觀察和記錄眼底視網(wǎng)膜狀況的光學(xué)儀器，它將眼底以黑白或彩色照片的形式保存下來，是眼科醫(yī)生的主要診斷工具?，F(xiàn)代眼底照相機(jī)裝有微機(jī)及電視圖像系統(tǒng)，可在電視監(jiān)視器屏幕上顯示眼底圖像，供多人同時(shí)觀察及動(dòng)態(tài)記錄,(,錄像,),。,（1）眼球（2）接目物鏡（3）中空反射鏡 （4）補(bǔ)償透鏡組（5）成像物鏡組（6）分光棱鏡（7）照相機(jī)膠片（8）反射鏡（9）分劃板（10）目鏡（11）觀察者或電視攝像機(jī)

4、（12）集光鏡（13）環(huán)形光闌（14）觀察照明白熾燈（15）聚光鏡（16）聚光鏡（17）照相閃光燈,(1)照相系統(tǒng)：由接目物鏡、補(bǔ)償透鏡組、成像系統(tǒng)、,分光棱鏡及35,mm,照相機(jī)組成。,(2)觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)：由分光棱鏡、反射鏡、分劃板及,觀察目鏡組成的光路。,(3)照明系統(tǒng)。,(4)機(jī)架、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及操縱手柄。,(5)電視圖像系統(tǒng)及電腦系統(tǒng)，在觀察目鏡位置裝有,CCD,攝像機(jī)，并由5“單色監(jiān)視顯示圖像。微電腦,系統(tǒng)可在屏幕上完成測算功能。此外微電腦還能,自動(dòng)決定攝影條件，在熒光攝影時(shí)能自動(dòng)插入濾,色鏡。,利用眼底照相機(jī)可獲得眼底血管熒光造影像。,由前肘靜脈注射熒光素鈉造影劑,1015,秒之后，眼

5、底血管即可依照先動(dòng)脈，后靜脈，而后脈絡(luò)膜血管的順序顯示熒光。用連續(xù)攝影機(jī)拍攝其過程，從而對眼底血管性狀、眼底視網(wǎng)膜病變做出診斷。,6.1.2,激光眼底掃描成像,該系統(tǒng)采用,共焦掃描激光,(,Confocal,Scanning Laser),技術(shù)對眼底進(jìn)行成像，通過計(jì)算機(jī)分析，繪制出視盤表面的三維地形圖。所以，此類儀器又叫掃描激光眼底地形圖儀、視網(wǎng)膜層面分析儀、視神經(jīng)圖像處理系統(tǒng)等。,共焦掃描技術(shù)可在,1,秒內(nèi)，對視盤表面,13,mm,的深度范圍內(nèi)，進(jìn)行,32,個(gè)層面的共焦掃描，每個(gè)層面采集,256,256,個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在某一層面上，如處于共焦點(diǎn)部位的反射成像是清晰的，這個(gè)掃描層面也就是此共焦部位

6、的高度，未處于共焦的部位不能成像。通過,32,個(gè)層面的掃描及計(jì)算機(jī)圖像處理，就可給出視盤表面的三維地形圖，并計(jì)算出有關(guān)參數(shù)。,視盤的改變是青光眼的早期診斷唯一的客觀指標(biāo)。,近年又出現(xiàn)了利用相交的激光偏振光掃描視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的視神經(jīng)纖維分析儀，對于青光眼的早期診斷更有用。,6.1.3,電腦視野儀,視野儀用以測定視區(qū)范圍及某視區(qū)有無功能損害。,視野儀已由早期的弧形動(dòng)態(tài)視野儀而發(fā)展的微機(jī)程序控制靜態(tài)自動(dòng)視野儀。電腦視野儀在球形屏幕積分球的白色背景上，分布有不同亮度梯度的光刺激點(diǎn)。這些光刺激點(diǎn)用發(fā)光二極管或?qū)Ч饫w維制作，在微機(jī)控制下顯示不同的亮度梯度，給眼以刺激。根據(jù)病人分辨這些刺激點(diǎn)的多少及亮度梯

7、度，可自動(dòng)打印出視野范圍的大小、功能缺損的部位及缺損的程度，定量顯示出二維視野狀態(tài)，進(jìn)一步有三維立體定量顯示視野改變的結(jié)果。,6.1.4,電腦角膜曲率儀,角膜的曲率是影響眼屈光狀態(tài)的重要因素。配戴角膜接觸鏡、白內(nèi)障術(shù)后置入人工晶體的度數(shù)的選擇，以及近視眼手術(shù)放射狀角膜切開等都需要測定角膜曲率。,現(xiàn)代角膜曲率儀也是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的電視圖像系統(tǒng)。它是以,100%,黑白對比度的多個(gè)同心圓環(huán),(,Placido,氏盤,),在角膜上顯示的影像，以計(jì)算機(jī)偽彩色處理和顯示整個(gè)角膜各子午線的曲率，并可自正面及各不同側(cè)面顯示角膜曲率狀態(tài)，或以彩色顯示角膜表面的地形圖，并打印出角膜圖形、屈率及屈光度等

8、參數(shù)。,6.1.5,電腦眼壓儀,老式的眼壓儀是一種帶有儀表指示的機(jī)械裝置。現(xiàn)代眼壓儀由微機(jī)控制，測量探頭上帶有壓力傳感器，壓力信號(hào)經(jīng)放大由,A/D,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由微機(jī)處理后顯示出,4,分鐘的眼壓變化曲線，依據(jù)此曲線可判定房水生成、排出量以及眼壓的水平，用以判定有無早期青光眼。因?yàn)檠蹆?nèi)房水循環(huán)失調(diào)則導(dǎo)致眼內(nèi)壓異常，從而發(fā)生青光眼。,6.2,手術(shù)顯微鏡,(顯微外科電視系統(tǒng)),手術(shù)顯微鏡的產(chǎn)生和手術(shù)水平的提高形成了一門嶄新的學(xué)科顯微外科。顯微外科應(yīng)用手術(shù)顯微鏡進(jìn)行精細(xì)的手術(shù)（如小血管的對接縫合），被廣泛地應(yīng)用于眼科、耳鼻喉科、外科、婦科、整形外科中。,傳統(tǒng)的手術(shù)顯微鏡是雙目立體顯微鏡，觀察時(shí)有立

9、體感，以保證手術(shù)精確順利。放大倍數(shù),1.680,倍可變，有足夠大的工作距離,(9,cm40cm),，,物鏡視場較大,(,通常,l5mm40mm),。,現(xiàn)代手術(shù)顯微鏡上裝有電視圖像系統(tǒng),，又稱為顯微外科電視系統(tǒng)。,手術(shù)顯微鏡結(jié)構(gòu)形式很多，有可移動(dòng)式及固定式兩大類?？梢苿?dòng)式又有立柱式和夾持式兩種，固定式又有吊式、墻式、桌式等多種。手術(shù)顯微鏡的組成由觀察系統(tǒng)、照明、支架及照相、電視攝像顯示系統(tǒng)組成。其中觀察系統(tǒng)有兩支獨(dú)立的光路以一定的夾角對物體成像，所以從兩個(gè)目鏡觀察到的是立體像。照相機(jī)或電視攝像系統(tǒng)通過光學(xué)接口與手術(shù)顯微鏡相連，在電視監(jiān)視器上顯示手術(shù)情況，可供多人共覽、會(huì)診、教學(xué)科研及錄像機(jī)記錄存

10、檔。,6.3,醫(yī)用內(nèi)窺鏡,醫(yī)用內(nèi)窺鏡是一種光學(xué)裝置，可以插入人體內(nèi)臟器官，從人體外直接觀察到人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)。醫(yī)用內(nèi)窺鏡按結(jié)構(gòu)可分為四類：,1.硬性內(nèi)窺鏡,硬性內(nèi)窺鏡的發(fā)展已經(jīng)歷了漫長的歷史。早在,1795,年,Bozzine,就首次制造出一個(gè)以燭,光為光源的硬件內(nèi)窺鏡，可觀察到直腸和子宮內(nèi)腔。,硬性內(nèi)窺鏡以金屬管為外殼，,內(nèi)裝有物鏡，目鏡、棱鏡、反光鏡等光學(xué)元件的硬性直管性內(nèi)窺鏡。其種類主要有腹腔鏡、宮腔鏡、尿道膀恍鏡、關(guān)節(jié)鏡、胸腔鏡、腦顱鏡、直腸鏡、鼻竇鏡等。,2.軟性內(nèi)窺鏡,軟性內(nèi)窺鏡出現(xiàn)于,20,世紀(jì),50,年代光纖出現(xiàn)以后，它以柔韌的光纖傳導(dǎo)光源和影像，稱為光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。主要

11、種類有胃腸鏡、肺鏡、腎結(jié)石鏡等。,光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡分頭端,(,醫(yī)生手持操縱端,),、遠(yuǎn)端,(,插入臟器端,),及彎曲部分三部分組成。彎曲部分是密封的軟性套管，內(nèi)有兩種光導(dǎo)纖維光束，導(dǎo)光束和傳像束，它們都是由,3,萬,5,萬根光導(dǎo)纖維組成的光導(dǎo)纖維束。導(dǎo)光束用于照明，它將來自光源的,光傳輸?shù)絻?nèi)窺鏡的末端以照明視場。導(dǎo)光束一般有兩個(gè)，兩端都安裝有導(dǎo)光透鏡。傳像束有一個(gè)，遠(yuǎn)端裝有物鏡，頭端裝有目鏡，傳像束的每根光導(dǎo)纖維在內(nèi)窺鏡頭尾兩端的相對位置總是一致的，因此在目鏡上重建一幅拼成的圖像的位置不會(huì)混亂。,一般來說，內(nèi)窺鏡套管還有,12,個(gè)工作鉗道，以便插入外科器械；另外還有送氣,/,送水孔道，以清洗鏡面

12、和充氣及清洗操作部位。內(nèi)窺鏡頭端部有操縱件，可操縱插入管遠(yuǎn)端的彎曲頭能上、下、左、右四個(gè)方向強(qiáng)烈彎角，以便觀察臟器內(nèi)的任何位置,(,不同用途的內(nèi)窺鏡，遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)不一樣,),。,3.電子內(nèi)窺鏡,電子內(nèi)窺鏡是,1983,年由美國,Welch-,Allyn,公司首次推出的，被稱為第三代內(nèi)窺鏡。電子內(nèi)窺鏡由光源、視頻圖像系統(tǒng)及外科工作鉗道組成。,電子內(nèi)窺鏡是在光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡的基礎(chǔ)上加視頻圖像系統(tǒng)組成的，,但它不需要傳像束和目鏡，而是在物鏡后裝一個(gè),CCD,攝像頭，由導(dǎo)線引出電信號(hào)，傳送到視頻處理器經(jīng)處理后，顯示在彩色監(jiān)視器上。屏幕上的圖像還可以記錄在錄像機(jī)上，或用視頻激光打印機(jī)打印出來，或存儲(chǔ)在磁盤上，

13、由計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理。,電子內(nèi)窺鏡代表了內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的高峰，但由于價(jià)格、穩(wěn)定性、可靠性、方便性等諸多因素的限制，現(xiàn)在醫(yī)院里大量使用的仍是光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。電子內(nèi)窺鏡將進(jìn)一步提高,CCD,的性質(zhì)以使之超小型化，采用高保真圖像技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像文件管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)圖像實(shí)時(shí)高速處理。,4.超聲內(nèi)窺鏡,超聲內(nèi)窺鏡于,20,世紀(jì),80,年代初問世。,它是將超聲探頭,(,線陣和扇形,),裝入內(nèi)窺鏡中，在內(nèi)窺鏡導(dǎo)引下，將超聲探頭插入體內(nèi)進(jìn)行掃描，通過此方式得到的信息要比在體表上獲得的掃描信息準(zhǔn)確詳細(xì)。,此外，激光內(nèi)窺鏡、三維內(nèi)窺鏡和檢查腸彎曲部內(nèi)窺鏡也在發(fā)展之中。激光內(nèi)窺鏡是內(nèi)窺鏡診斷和激光治療結(jié)合在一起的新一

14、代內(nèi)窺鏡。三維內(nèi)窺鏡將三臺(tái)電子內(nèi)窺鏡結(jié)合可提供三維立體圖像，能使許多高難度的手術(shù)得以順利進(jìn)行。,醫(yī)用內(nèi)窺鏡若以臨床應(yīng)用范圍分類，可分為以下八類：胃腸內(nèi)窺鏡，腹腔內(nèi)窺鏡，脊柱內(nèi)窺鏡，顱內(nèi)內(nèi)窺鏡，關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡，泌尿系統(tǒng)內(nèi)窺鏡,(,膀恍鏡、前列腺鏡、腎鏡、輸尿管鏡,),，婦產(chǎn)科內(nèi)窺鏡，內(nèi)窺鏡視頻攝像機(jī)。,醫(yī)用內(nèi)窺鏡朝著超細(xì)徑化,(,胃腸窺鏡的直徑為,7.912.8,mm,，,而近年出現(xiàn)可觀察深部栓塞及腎結(jié)石的內(nèi)窺鏡，直徑為,0.19,mm),、,配各種傳感器以檢測各種參數(shù)、裝配機(jī)械式治療裝置及激光、微波、高頻電灼、電氣水壓等先進(jìn)技術(shù)的治療裝置、裝配超小型攝像機(jī)及計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)等方向發(fā)展。,6.4,

15、醫(yī)用激光儀器,激光器是利用受激輻射放大電磁波的原理，在可見光、紅外以及紫外區(qū)產(chǎn)生激光輻射的器件。,根據(jù)受激工作物質(zhì)的不同，激光器可分為固體激光器,(,紅寶石、釹玻璃、釔鋁石榴石,(,YAG),、,氣體激光器,(,二氧化碳,(,CO,2,),、,氦氖,(,He-,Ne,),、,氬,(,Ar,+,),等,),、半導(dǎo)體激光器和液體激光器。激光的特點(diǎn)是具有極高的亮度、放向性高度集中、高單色性和具有良好的相干性。在工業(yè)上用于打孔、切割、焊接高熔點(diǎn)材料，,在醫(yī)學(xué)上主要用于治療。,自從,1960,年梅曼（,T.H.,Maiman,）,制成第一臺(tái)紅寶石激光器之后，第二年激光就被用于眼科的視網(wǎng)膜焊接。此后的幾十

16、年間，激光的應(yīng)用逐漸發(fā)展，成為一門應(yīng)用十分廣泛的科學(xué)技術(shù)。,激光對人體組織有熱效應(yīng)、電離效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)。,激光照射后組織吸收光能轉(zhuǎn)換為熱量，使,組織局部溫度升高，引起組織內(nèi)蛋白質(zhì)變性而發(fā)生凝固，稱為光凝作用,；組織接受更強(qiáng)的激光照射，細(xì)胞內(nèi)外的水會(huì)汽化變成水蒸汽，同時(shí)產(chǎn)生,電離效應(yīng)，使細(xì)胞膨脹破裂,，從而達(dá)到切割組織的作用；組織達(dá)到汽化后如再持續(xù)照射，可使組織達(dá)到碳化的程度，用來切割骨組織。醫(yī)用激光儀器主要使用,CO,2,、,YAG,、,Ar,+,及半導(dǎo)體激光器。在臨床上，激光已廣泛的應(yīng)用到眼科、皮膚科、腫瘤科、外科、內(nèi)科、婦產(chǎn)科、神經(jīng)科、耳鼻喉科和口腔科等各個(gè)方面。,1.對組織進(jìn)行切割和分離,激光對組織進(jìn)行切割和分離時(shí)，由于激光束聚焦后的光點(diǎn)非常小，能量高度集中，作用時(shí)間又短，因而它對組織的破壞最小，并且其創(chuàng)面或器官表面如遇出血或附著粘液時(shí)，就會(huì)阻礙進(jìn)一步照射，臨床表明，用激光進(jìn)行分離和切割，操作簡便，防護(hù)措施也很簡單，患者出血也少，切口愈合平滑、整齊。因而深受醫(yī)護(hù)人員和患者的歡迎。,2.對組織進(jìn)行氣化和融解,由于高功率的,CO,2,激光器，其光點(diǎn)溫度可達(dá),200,以上，并具有一定