CN215457827U - 一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统，包括光源模块、探头模块、探测模块、扫描模块，扫描模块包括有与光源模块耦合的入射窗口、与探头模块耦合的耦合窗口、与探测模块耦合的出射窗口；光源模块包括激光器，发射激发光；扫描模块内还包括有二向色镜和扫描微振镜；耦合窗口包括液体透镜。使用液体透镜作为扫描模块(共聚焦主机)与探头模块(共聚焦探头)之间的耦合部件，可通过软件控制，无需机械调节，可大幅缩小体积和重量，也避免了机械磨损，提高了耦合部件的稳定性、可靠性；入射窗口使得光源模块可以设置在扫描模块之外，出射窗口使得探测模块可以设置在扫描模块之外，有利于共聚焦主机的轻便性、可靠性。

Description

一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统

技术领域

本实用新型属于共聚焦显微内窥镜领域，更具体地，涉及一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统。

背景技术

内窥镜是一类重要的医疗器械，包括消化内镜、呼吸内镜、腹腔镜、宫腔镜等，能够深入到人体各种腔道内部，观察组织形态，进行诊断。传统的内镜都是宽场，即成像一片较大的区域，获取的图像与肉眼所见相似。有些内窥镜还可以进行数十倍的放大，可以看清微小的腺体结构，但对于更微小的细胞结构，传统内窥镜无法清晰呈现。

共聚焦显微镜可以很轻松的观察到厚组织中特定深度细胞结构，但共聚焦显微镜一般都是台式，体积大，无法进入人体内部。共聚焦显微内窥镜技术是将内窥镜技术和共聚焦技术结合起来的一种新技术，可以轻松进入人体内部腔道的同时观察到各类组织中的细胞，实现组织细胞精准的实时观察，提高恶性病变尤其是早期癌症的检出率。

但是，传统的共聚焦显微内窥镜的光学主机部分采用了光学底板+光学元件的方式，扫描方式使用二维振镜组，主机和探头的连接和固定采用了复杂的机械装置来保证定位精度和稳定度，主机和探头的耦合使用了连接器和对焦电机来保证。以上种种特点带来了如下问题：

①系统的体积和重量大。由于光学底板需要很高的表面精细度和热稳定性，这就促使光学底板本身要尽量的厚重，同时传统的光学元件在自由空间中通过镜片来约束光线的路径，成像质量的要求使得镜片的直径和焦距等参数都不可能太小，限制了系统体积的缩小。探头和主机耦合时所使用的对焦电机和连接器机构都较大且复杂，要在保证稳定度的同时减小其体积和重量非常困难。

②系统调试过程复杂，对光机元件精度要求高。由于光线是在自由空间被约束的，这要求机械元件要能保证光学镜片尽可能的位于设计中的位置。即要么机械件上保留有光学镜片位置调整功能，要么采用极高的加工精度来保证镜片的位置，前一种策略使得系统的调试过程非常复杂，后一种策略使得机械件的加工精度要求高，重量降低受到限制，成本上升。

③系统可靠性较低。由于在系统中存在着如激光器、振镜、电路板等热源，光机部分会在散热不及时发生形变，影响图像质量，并限制了系统的连续使用时间。另外，探头和主机耦合采用的对焦电机，存在着重复定位精度不够，稳定性较差的问题。此外，探头固定机构在探头经过多次插拔后也会磨损，可靠性降低。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统，其目的在于解决现有系统体积大、装调难度大、可靠性低的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统，包括光源模块、探头模块、探测模块、扫描模块，所述扫描模块包括有与所述光源模块耦合的入射窗口、与所述探头模块耦合的耦合窗口以及与所述探测模块耦合的出射窗口；

所述光源模块包括激光器，用于发射激发光；

所述扫描模块内还包括有二向色镜和扫描微振镜，所述激发光依次经过所述入射窗口、所述二向色镜、所述扫描微振镜和所述耦合窗口后，通过所述探头模块照射至待测组织上，以激发荧光，所述荧光依次经过所述耦合窗口、所述扫描微振镜、所述二向色镜、所述出射窗口后，通过所述探测模块采集成像；

所述耦合窗口包括液体透镜。

通过上述技术方案，使用液体透镜作为扫描模块(共聚焦主机)与探头模块(共聚焦探头)之间的耦合部件，与传统的耦合部件相比，液体透镜可通过软件控制，无需机械调节，因此整个耦合部件的体积和重量大幅减少，也避免了机械磨损，提高了耦合部件的稳定性、可靠性；而光源模块通过入射窗口与扫描模块(共聚焦主机)连接，因此光源模块可以设置在扫描模块之外，有利于共聚焦主机的轻便性、可靠性；探测模块通过出射窗口与扫描模块(共聚焦主机)连接，也可设置在扫描模块(共聚焦主机)之外，有利于电路的布线。

优选地，所述入射窗口包括有准直透镜组，以使所述激发光准直为平行光。

优选地，所述激光器与所述入射窗口之间连接有第一光纤跳线，用于传输所述激发光，所述入射窗口还包括有可移动卡口，所述可移动卡口固定在所述第一光纤跳线靠近所述入射窗口的一端，以横向调节所述第一光纤跳线的位置，使所述激发光准直后入射到所述二向色镜的中心。

优选地，所述探头模块包括传像光纤束和微型成像物镜，所述传像光纤束的一端与所述微型成像物镜连接，另一端与所述液体透镜耦合，所述探头模块还包括有芯片识别组件。

优选地，所述探测模块包括光探测器，所述光探测器与所述出射窗口之间连接有第二光纤跳线。

优选地，所述探测模块还包括有精密二维调节机构，所述精密二维调节机构位于所述第二光纤跳线靠近所述出射端口的一端，用于调节所述第二光纤跳线的光纤端面位置。

优选地，所述出射窗口包括有聚焦透镜组，用于将二向色镜透射后的荧光聚焦到所述探测模块内。

优选地，所述出射窗口还包括位于所述聚焦透镜组与所述探测模块之间的荧光滤光片，用于滤除非荧光波段的杂散光。

优选地，所述扫描微振镜的镜面接收的最大光束直径＜1.5mm。

优选地，所述液体透镜的焦距为-100mm～+200mm。

附图说明

图1是本系统一些实施例的结构框图；

图2是本系统的元件结构示意图；

图3是本系统另一些实施例的结构框图。

图中，1、光源模块；2、探头模块；3、探测模块；4、扫描模块；5、入射窗口；6、耦合窗口；7、出射窗口；8、激光器；9、第一光纤跳线；10、可移动卡口；11、准直透镜组；12、二向色镜；13、扫描微振镜；14、液体透镜；15、传像光纤束；16、微型成像物镜；17、聚焦透镜组；18、荧光滤光片；19、精密二维调节机构；20、第二光纤跳线；21、探测器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型提出一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统，包括光源模块1、探头模块2、探测模块3、扫描模块4，扫描模块4包括有与光源模块1耦合的入射窗口5、与探头模块2耦合的耦合窗口6以及与探测模块3耦合的出射窗口7；

如图2所示，光源模块1包括激光器8，用于发射激发光；

扫描模块4内还包括有二向色镜12和扫描微振镜13，激发光依次经过入射窗口5、二向色镜12、扫描微振镜13和耦合窗口6后，通过探头模块2照射至待测组织上，以激发荧光，荧光由探头模块2收集、依次经过耦合窗口6、扫描微振镜13、二向色镜12、出射窗口7后，通过探测模块3采集成像；其中，二向色镜12的尺寸经过定制，能够反射激发光波段，同时透射荧光波段，从而使激发光与荧光分开；

耦合窗口6包括液体透镜14。

具体的，使用液体透镜14作为扫描模块4(共聚焦主机)与探头模块2(共聚焦探头)之间的耦合部件，利用液体透镜14的焦距可由输入电信号控制的特点，在共聚焦探头与共聚焦主机连接之后，可以通过软件控制调节液体透镜14的焦距，从而将扫描模块4输出的激发光聚焦耦合到探头模块2中，而传统的方式则需要通过电机来移动调整对焦，与其相比，本申请没有了机械移动部件，整个耦合部件的体积和重量大幅减少，且同时也避免了机械磨损，耦合部件的稳定性、可靠性和使用寿命都得到了大幅增加。

具体的，激光器8可以为光纤输出型激光器8，输出波长为450nm～700nm，输出功率为5～200Nw，更具体的，在另一些实施例中，如图3所示，光源模块1还可以包括有散热器件(图中未示出)，系统还可以包括电脑和显示模块，与光源模块1信号连接，用于对系统内的参数、操作、成像等进行显示。使用光纤输出型激光器8来提供激发光，可以将该激光器8设置在扫描模块4之外，激光器8的发热就不会影响到扫描模块4内的光学元件，提高了系统的可靠性。

如图2所示，进一步地，入射窗口5包括有准直透镜组11，激光器8与入射窗口5之间连接有第一光纤跳线9，用于传输激发光，入射窗口5还包括有可移动卡口10，可移动卡口10固定在第一光纤跳线9靠近入射窗口5的一端，以横向调节第一光纤跳线9的位置，使激发光准直后入射到二向色镜12的中心。激发光从激光器8出射后，被耦合到第一光纤跳线9中，在其光纤输出口以具有一定发散角的形式出射，发散角用数值孔径的形式表达约为0.05～0.2，因此，在第一光纤跳线9的输出口设置准直透镜组11，可以使激发光准直为平行光后再传输至二向色镜12上，准直透镜组11的焦距和与第一光纤跳线9之间的距离经过设计后，可使准直后的平行光光束直径＜1.5mm，从而能被扫描微振镜13的镜面接收。这里，使用准直透镜组11作为光源模块1与扫描模块4之间的耦合元件，可以同时实现光束扩束和准直的作用，相比于传统共聚焦系统中的扩束镜，调整难度大幅降低，体积也可大幅减小；并且，第一光纤跳线9的输出口可以通过可移动卡口10进行精确调整，因此后续的光学元件(例如准直透镜组11、二向色镜12等等)位置可以固定而无需反复调整，所以可采用一体加工的方式来加工出固定所有光学元件的机械底座，并降低对加工精度的要求。

进一步地，扫描微振镜13的镜面接收的最大光束直径＜1.5mm。扫描微振镜13的扫描模式为二维扫描，作用是将激发光快速地分布到液体透镜14的整个入射光瞳，其扫描速度＞5帧/秒。而液体透镜14的焦距为-100mm～+200mm，其通光孔径与扫描微振镜13的扫描角度匹配，从而可以在像面得到＞800um*800um的扫描范围。使用扫描微振镜13代替传统的共聚焦内窥镜中的分离式二维扫描振镜，可以用单面反射就能实现二维的光束扫描，相比于传统的二维扫描振镜，元件更少，也不需要双镜面之间的对准和调节，不需要厚重的支撑和调节机构，使得扫描模块4的体积和重量大幅减小，提升了可靠性和易用性。

进一步地，探头模块2包括传像光纤束15和微型成像物镜16，传像光纤束15的一端与微型成像物镜16连接，另一端与液体透镜14耦合，探头模块2还包括有芯片识别组件(图中未示出)，用于存储探头模块2的身份及参数信息，它们之间可以通过焊接或者胶合的方式组合在一起。具体的，传像光纤束15柔软可弯曲，由1000～100000根单光纤组合而成，长度为1～4m，每根单光纤在入射端和出射端的空间位置一一对应，顺序井井有条，保证一端的画面能真实的传导到另一端，而微型成像物镜16为小型、高数值孔径的物镜，外径＜4mm，数值孔径＞0.6，从而可以方便的进入到人体的腔道中获取高质量的图像。芯片识别组件可以为例如CN211381247U专利中公开的ID芯片，用于纪录探头模块2的使用信息，也可以为其他类型的芯片，用于纪录探头模块2的光学参数等等，只要能赋予探头模块2可识别性，并能存储探头模块2的参数信息皆可。

进一步地，探测模块3包括光探测器21，光探测器21与出射窗口7之间连接有第二光纤跳线20，第二光纤跳线20的直径为10～100um。探测模块3还包括有精密二维调节机构19，精密二维调节机构19位于第二光纤跳线20靠近出射端口的一端，用于调节第二光纤跳线20的光纤端面位置，从而可以精准地接收从扫描模块4出射窗口7输出的荧光，并且能充当共聚焦探测针孔的作用，该设计使得探测模块3可以放置在扫描模块4(共聚焦主机)之外，有利于电路的布线，同时使得共聚焦小孔的调整和更换更加精密与便捷，对整个系统而言，其可维修性也得到了较大的提升。具体的，光探测器21可以是光电倍增管(PMT)，也可以是雪崩光电二极管(APD)，作用是将微弱的荧光信号转化为电信号。

进一步地，出射窗口7包括有聚焦透镜组17，用于将二向色镜12透射后的荧光聚焦到探测模块3内。出射窗口7还包括位于聚焦透镜组17与探测模块3之间的荧光滤光片18，用于滤除非荧光波段的杂散光，获得高质量的荧光成像。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻量化高稳定性的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，包括光源模块、探头模块、探测模块、扫描模块，所述扫描模块包括有与所述光源模块耦合的入射窗口、与所述探头模块耦合的耦合窗口以及与所述探测模块耦合的出射窗口；

所述光源模块包括激光器，用于发射激发光；

所述扫描模块内还包括有二向色镜和扫描微振镜，所述激发光依次经过所述入射窗口、所述二向色镜、所述扫描微振镜和所述耦合窗口后，通过所述探头模块照射至待测组织上，以激发荧光，所述荧光依次经过所述耦合窗口、所述扫描微振镜、所述二向色镜、所述出射窗口后，通过所述探测模块采集成像；

所述耦合窗口包括液体透镜。

2.根据权利要求1所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述入射窗口包括有准直透镜组，以使所述激发光准直为平行光。

3.根据权利要求2所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述激光器与所述入射窗口之间连接有第一光纤跳线，用于传输所述激发光，所述入射窗口还包括有可移动卡口，所述可移动卡口固定在所述第一光纤跳线靠近所述入射窗口的一端，以横向调节所述第一光纤跳线的位置，使所述激发光准直后入射到所述二向色镜的中心。

4.根据权利要求1所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述探头模块包括传像光纤束和微型成像物镜，所述传像光纤束的一端与所述微型成像物镜连接，另一端与所述液体透镜耦合，所述探头模块还包括有芯片识别组件。

5.根据权利要求1所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述探测模块包括光探测器，所述光探测器与所述出射窗口之间连接有第二光纤跳线。

6.根据权利要求5所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述探测模块还包括有精密二维调节机构，所述精密二维调节机构位于所述第二光纤跳线靠近所述出射窗口的一端，用于调节所述第二光纤跳线的光纤端面位置。

7.根据权利要求1所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述出射窗口包括有聚焦透镜组，用于将二向色镜透射后的荧光聚焦到所述探测模块内。

8.根据权利要求7所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述出射窗口还包括位于所述聚焦透镜组与所述探测模块之间的荧光滤光片，用于滤除非荧光波段的杂散光。

9.根据权利要求1所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述扫描微振镜的镜面接收的最大光束直径＜1.5mm。

10.根据权利要求9所述的共聚焦显微内窥镜系统，其特征在于，所述液体透镜的焦距为-100mm～+200mm。

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