CN114280762B - 一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述微型镜头包括依次布置的三个透镜：第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜和第三透镜为非球面透镜，从物方到像方，光线起始于物面，依次通过第一透镜，第二透镜、第三透镜，最后成像在像面，所述第一透镜是平凸透镜，第二透镜是双凸透镜，所述第三透镜是平凸透镜，所述微型镜头的外径OD不大于0.5mm，总长TL小于3mm。本发明提供的微型镜头使用注塑非球面/球面透镜替代梯度折射率透镜；该微型镜头尺寸微小，可以通过胰胆道、穿刺针等通道，由本发明微型镜头制成的微型探头尺寸小，工艺简单，易于大规模生产及临床推广应用。

Description

一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头

技术领域

本发明属于医疗影像技术领域，具体涉及一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头。

背景技术

胰腺导管腺癌是胰腺癌目前最常见的一个病理类型，其中约90%的胰腺癌患者都是胰腺导管腺癌患者。这种癌症被称为“癌中之王”，因为通常而言一经确诊便是恶性肿瘤，即便接受治疗，患者的五年生存率也不足10%，预后极差，恶性度非常高。

经内镜逆行性胰胆管造影术(ERCP)是指将十二指肠镜插至十二指肠降部，找到十二指肠乳头，由活检管道内插入造影导管至乳头开口部，注入造影剂后x线摄片，以显示胰胆管的技术。借助ERCP技术可以发现很多疾病，例如常见的胆道结石、胆道肿瘤等疾病。

探头式共聚焦显微内窥镜(pCLE)是一种可以借助胃镜、结肠镜等通道进入人体自然腔道，获取局部组织学图像来实现微小病灶、胃肠道病变及早期胃肠道癌变的精准诊断的医疗设备。因为具有快速、准确且无创等特点，它可能在不久的将来取代传统的内镜活检与病理学检查，成为胃肠道疾病及早期胃肠道癌变诊断的主要手段及设备。

通常而言，恶性病变会从细胞开始，逐渐演变为组织乃至器官层次的形态改变。结合ERCP和pCLE技术可以发现胰胆病变的细胞及组织形态的变化。而胰胆管十分狭窄，如公开号为CN111522123A的发明专利《一种微型浸液显微物镜》、公开号为CN110927957A的发明专利《一种微型浸液显微物镜》、公开号为CN111624735A的发明专利《一种浸液式高分辨率小口径光纤显微物镜》所揭示的，pCLE所使用的探头外径普遍在2毫米左右，不能通过相应的腔道，也就不能获得胰胆管相关疾病的诊断图像。

国内外有诸多文献报到，微小尺寸的梯度折射率（grin）镜头制成的超细探头的外径可以做到1毫米以下，能够通过胰胆道。因为grin镜头是由银离子在特殊玻璃中的交换制成的，所以其工艺比较复杂，成本高昂，目前更多用于学术研究，其大规模的临床应用受到制约。尺寸微小、成本低廉、容易大规模生产制造的微型镜头及其微型探头是当前急需解决的问题。针对现有技术存在的问题，本发明拟提供一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，不仅具有可以通过胰胆道、穿刺针等通道的的微小外形尺寸，还具有生产制造的难度小、量产成本低的优势；并且由其制成的微型探头尺寸小，工艺简单，易于大规模生产及临床推广应用。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述微型镜头包括依次布置的三个透镜：第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3，所述第一透镜和第三透镜为非球面透镜，从物方到像方，光线起始于物面，依次通过第一透镜L1，第二透镜L2、第三透镜L3，最后成像在像面，所述第一透镜L1是平凸透镜，第一透镜的S11面为平面、S12面向像方凸起，第二透镜L2是双凸透镜，第二透镜L2的S21面向物方凸起，S22面向像方凸起，所述第三透镜L3是平凸透镜，第三透镜L3的S31面向物方凸起，S32面为平面，所述微型镜头的外径OD不大于0.5mm，总长TL小于3mm。

所述三个透镜均为塑料注塑透镜，其中第一透镜和第三透镜为非球面透镜，材质为E48R。

所述的微型镜头满足如下关系式：

0.5<EFL<0.55、0.9<F/#<1.0、1.0<fL1<1.5、0.5<fL2<1.0，其中EFL为所述微型镜头的有效焦距（单位：毫米），F/#为微型镜头像方F数，fL1、fL2分别是所述第一透镜L1和第二透镜L2的有效焦距（单位：毫米）。

所述的微型镜头满足如下关系式：

-0.8<R12<-0.6、0.5<R21<0.6、-1.2<R22<-0.8，其中R12、R21、R22分别是面S12、S21、S22的曲率半径。

所述微型探头远端包括镜筒1、微型镜头2、传像光纤束3，镜筒1是微型镜头2的支持保护结构，微型镜头2的像面位于第三透镜L3的S32面，传像光纤束3的精抛端面与S32面重合并使用紫外固化胶水粘合在一起。

本发明具有如下优点：

本发明提供的微型镜头使用非球面透镜替代部分梯度折射率透镜，微型镜头尺寸微小，可以通过胰胆道、穿刺针等通道；

本发明提供的微型镜头由塑料注塑透镜和塑料非球面透镜构成，透镜量产成本低、易于大规模复制；

本发明提供的微型镜头透镜元件少，从而装配工序少、装配的累积误差更小，生产制造的良率高；

本发明提供的微型镜头制成的微型探头尺寸小，工艺简单，易于大规模生产及临床推广应用；

本发明提供的微型镜头除了应用在胰胆管内，还可以应用于其他通道狭窄的情景，如肺穿刺、胸腔穿刺、消化道内镜、胆道镜的器械通道等。

附图说明

图1为本发明实施例1微型镜头布局图；

图2 为本发明实施例1微型镜头的横向像差曲线；

图3 为本发明实施例1微型镜头的均方根半径曲线；

图4 本发明实施例2微型镜头布局图；

图5为本发明实施例2微型镜头的横向色差图；

图6 为本发明实施例1微型镜头2的均方根半径曲线；

图7为本发明的微型探头结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，微型镜头包括依次布置的三个透镜：第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3，第一透镜和第三透镜为非球面透镜，从物方到像方，光线起始于物面，依次通过第一透镜L1，第二透镜L2、第三透镜L3，最后成像在像面，所述第一透镜L1是平凸透镜，第一透镜的S11面为平面、S12面向像方凸起，第二透镜L2是双凸透镜，第二透镜L2的S21面向物方凸起，S22面向像方凸起，所述第三透镜L3是平凸透镜，第三透镜L3的S31面向物方凸起，S32面为平面。

实施例1

实施例1的微型镜头的数值孔径为0.3，本实施例中各透镜的参数如表1所示。

表1 实施例1微型镜头各透镜参数

面号	面型	曲率半径（mm）	厚度（mm）	材质	半孔径(mm)
						物面	球面	无限	0.060	水	0.17
S11	球面	无限	1.012	E48R	0.18
						S12	偶次	-0.710	0.197		0.25
S21	球面	0.593	0.489	E48R	0.24
						S22	球面	-0.832	0.077		0.25
S31	偶次	0.790	1.003	E48R	0.25
						S32	球面	无限			0.17

其中，“面型”标记为“偶次”的表面是偶次非球面，其非球面方程如下：

式中c是曲率半径，c=1/r，z是表面的矢高，k是圆锥系数，k_2i是非球面系数，i=0、1、2…。

各偶次非球面透镜系数如表2：

表2 实施例1中偶次非球面透镜系数

面号

圆锥系数

k4

k6

k8

k10

k12

k14

k16

S12

-3.11E+00

9.10E-01

-7.92E+01

2.74E+03

-4.43E+04

2.80E+05

5.28E+05

-1.01E+07

S31

-1.11E+00

-6.47E-01

-3.15E+01

3.38E+02

3.00E+03

-2.55E+05

4.14E+06

-2.22E+07

实施例1的横向像差曲线如图2所示。从图中可以看到，微型镜头在整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。

实施例1的均方根半径曲线如图3所示。从图中可以看到，微型镜头在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于2.2 um，远小于传像光纤束的纤芯距3.5 um，能够最大程度的提高光信号的耦合效率，增加共聚焦图像的对比度。

实施例2

实施例2的微型镜头的数值孔径为0.3，本实施例中各透镜的参数如表3所示。

表3实施例2微型镜头各透镜参数

面号	面型	曲率半径（mm）	厚度（mm）	材料	半孔径（mm）
						物面	球面	无限	0.060	水	0.17
S11	球面	无限	1.000	E48R	0.18
						S12	偶次	-0.651	0.152		0.25
S21	球面	0.585	0.500	E48R	0.23
						S22	球面	-1.111	0.096		0.25
S31	偶次	0.790	0.928	E48R	0.25
						S32	球面	无限			0.17

各偶次非球面透镜系数如表4：

表4 实施例1中偶次非球面透镜系数

面号	圆锥系数	k4	k6	k8
					S12	2.77E+00	1.96E+00	1.31E+01	5.24E+01
S31	-1.08E+00	-8.73E-01	-2.40E+01	7.36E+01

实施例2的横向像差曲线如图5所示。从图中可以看到，微型镜头在整个视场内的横向像差得到了充分的校正，具有优异的成像性能。

实施例2的均方根半径曲线如图6所示。实施例2的数值孔径是0.3，在整个视场内弥散斑的均方根半径都小于2.3 um，小于传像光纤束的纤芯距3.5 um，能够最大程度的提高光信号的耦合效率，增加共聚焦图像的对比度。

实施例1和实施例2的微型镜头系统参数如表5所示。其中：OD为微型镜头外径，TL为微型镜头总长，EFL为微型镜头的有效焦距，F/#为微型镜头像方F数，fL1、fL2分别是第一透镜L1和第二透镜L2的有效焦距（表中单位均为毫米）。

表5实施例1和实施例2的微型镜头系统参数

参数	实施例1	实施例2
			OD	0.5	0.5
TL	2.8	2.7
			EFL	0.54	0.52
F/#	0.94	0.97
			fL1	1.3	1.2
fL2	0.82	0.80

如图7所示为本发明微型探头，其远端主要由3部分组成：镜筒1，微型镜头2，传像光纤束3以及保护套管（未画出）及近端（未画出）。镜筒1是微型镜头2的支持保护结构；微型镜头2包含三个透镜。传像光纤束3由数万根单芯组成，长度约为几米，用于传输激发光及荧光信号；纤芯距通常只有几微米，如藤仓公司型号为FIGH-06-350G的传像光纤束的纤芯距大约是3.5μm。微型镜头2的像面位于第三透镜的S32面，而传像光纤束3的精抛端面与S32面重合并且使用紫外固化胶水粘合在一起。本发明探头可以配合各类通道使用，如消化道内镜、胆道镜的器械通道等；还可以配合穿刺针等使用。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述微型镜头包括依次布置的三个透镜：第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜和第三透镜为非球面透镜，从物方到像方，光线起始于物面，依次通过第一透镜，第二透镜、第三透镜，最后成像在像面，所述第一透镜是平凸透镜，第一透镜的S11面为平面、S12面向像方凸起，第二透镜是双凸透镜，第二透镜的S21面向物方凸起，S22面向像方凸起，所述第三透镜是平凸透镜，第三透镜的S31面向物方凸起，S32面为平面，所述微型镜头的外径OD不大于0.5mm，总长TL小于3mm；

所述的微型镜头满足如下关系式：0.5<EFL<0.55、0.9<F/#<1.0、1.0<fL1<1.5、0.5<fL2<1.0，其中EFL为所述微型镜头的有效焦距，单位：毫米，F/#为微型镜头像方F数，fL1、fL2分别是所述第一透镜和第二透镜的有效焦距，单位：毫米。

2.如权利要求1所述的一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述三个透镜均为塑料注塑透镜，其中第一透镜和第三透镜为非球面透镜，透镜材质均为E48R。

3.如权利要求1所述的一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述的微型镜头满足如下关系式：-0.8<R12<-0.6、R12是面S12的曲率半径。

4.如权利要求1所述的一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述的微型镜头满足如下关系式：0.5<R21<0.6，R21是面S21的曲率半径。

5.如权利要求1所述的一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述的微型镜头满足如下关系式：-1.2<R22<-0.8，R22是面S22的曲率半径。

6.如权利要求1所述的一种应用于胰胆管的微型探头的微型镜头，其特征在于：所述微型探头远端包括镜筒、微型镜头、传像光纤束，镜筒是微型镜头的支持保护结构，微型镜头的像面位于第三透镜的S32面，传像光纤束的精抛端面与S32面重合并使用紫外固化胶水粘合在一起。

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