TWI706768B

TWI706768B - 光學系統

Info

Publication number: TWI706768B
Application number: TW107147687A
Authority: TW
Inventors: 劉奕成; 李源欽; 邱德義; 江鴻志
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-10-11
Also published as: TW202025978A

Abstract

一種適於偵測一待測物的光學系統，包含分合光元件、導管、聚焦元件、形變偵測模組以及物體偵測模組。導管設於光纖外，光纖中具有至少一布拉格光纖光柵。分合光元件係配置於光纖的一端。聚焦元件係配置於光纖相對的另一端。形變偵測模組與物體偵測模組係耦接於分合光元件。第一光線被至少一布拉格光纖光柵反射而傳遞至形變偵測模組。第二光線傳遞至待測物後被待測物反射，而傳遞至物體偵測模組。第一光線的第一波長範圍不同於第二光線的第二波長範圍。

Description

光學系統

本揭露是有關於一種光學系統，且特別是有關於一種光學偵測系統。

微創手術(Minimally Invasive Surgery)主要是透過內窺鏡及各種顯像技術，而使外科醫生在無需對患者造成巨大傷口的情況下施行的一種手術。而人類的腦部主要的功能為負責人類的語言、邏輯思考、理解等功能，是非常重要且精密的器官。若大腦受傷需要對腦部做手術時，會希望盡量對腦部的損害越小越好，由於微創手術的傷口較小，是未來腦部手術的發展主流。

在微創手術中，需要使用極小的探針穿透大腦表皮，並需要在手術過程中避開重要的腦組織與血管，以精準地到達病原。但現有的儀器卻難以滿足上述的需求。

本揭露提供一種光學系統，可以偵測待測物以及得知並紀錄導管的行進路徑，且適於用於微創手術。

本揭露的一實施例提供一種光學系統，包含分合光元件、導管、聚焦元件、形變偵測模組以及物體偵測模組。導管套設於至少一光纖外，光纖中具有至少一布拉格光纖光柵。分合光元件係配置於光纖的一端。聚焦元件係配置於光纖相對的另一端。形變偵測模組係耦接於分合光元件。物體偵測模組係耦接於分合光元件。當具有一第一波長範圍之一第一光線經由分合光元件進入至至少一光纖之至少一布拉格光纖光柵時，第一光線被至少一布拉格光纖光柵反射而形成一第一反射光線並回到分合光元件，被分合光元件分光而傳遞至形變偵測模組。具有一第二波長範圍之一第二光線經由分合光元件進入至至少一光纖之布拉格光纖光柵時，第二光線穿透至少一布拉格光纖光柵後而由聚焦元件聚焦至待測物後，再被待測物反射，以形成一第二反射光線。第二反射光線依序經由聚焦元件、至少一光纖及分合光元件，被分合光元件分光而傳遞至物體偵測模組。第一波長範圍與該第二波長範圍不同。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、100a:光學系統

110:分合光元件

110a、110b:稜鏡

120、120a:光纖

122:布拉格光纖光柵

130:聚焦元件

140:形變偵測模組

142:第一光源

144:第一光感測器

146:第一處理器

150:物體偵測模組

152:第二光源

154:第二光感測器

156:第二處理器

160:導管

170:功能管

C:核心

C1:第一核心

C2:第二核心

CL:包覆層

D1、D2:方向

E:軸向延伸方向

E1、E2:光纖的兩端

FWHM1:第一半高寬

FWHM2:第二半高寬

L1:第一光線

L1’:第一反射光線

L2:第二光線

L2’:第二反射光線

OB:待測物

OC:光耦接器

OG1、OG2:光導元件

N1、N2:兩側

P1:第一部分

P2:第二部分

R:區域

R1:第一波長範圍

R2:第二波長範圍

RTS:反射穿透面

S:表面

S1:第一表面

S2:第二表面

SG1:第一電訊號

SG2:第二電訊號

W1:第一峰值波長

W2:第二峰值波長

X:差值

Λ、Λ1~Λm:週期

λ1:第一波長

λ2:第二波長

λ3:第三波長

λ4:第四波長

圖1是本揭露的一實施例的光學系統用於腦部的微創手術的示意圖。

圖2是圖1的光學系統的架構示意圖。

圖3是圖2中第一光線與第二光線的光路示意圖。

圖4是圖1的光學系統中的光纖的剖面示意圖。

圖5是第一光線與第二光線的光強度與波長的關係圖。

圖6為光纖的另一實施態樣的剖面示意圖。

圖7為本揭露另一實施例的光學系統用於腦部的微創手術的示意圖。

圖8是圖7的光纖、功能管與導管的局部縱切剖面示意圖。

圖9是圖7與圖8中光纖、功能管與導管的橫切剖面示意圖。

圖1是本揭露的一實施例的光學系統用於腦部的微創手術的示意圖。圖2是圖1的光學系統的架構示意圖。圖3是圖2中第一光線與第二光線的光路示意圖。圖4是圖1的光學系統中的光纖的剖面示意圖。圖5是第一光線與第二光線的光強度與波長的關係圖。應注意的是，為求圖式簡潔，圖1僅示出圖2與圖3中的光纖120與聚焦元件130，其他於圖2、圖3中的元件以虛框表示。圖3省略了部分標號，其他的標號可對照圖2。

請參照圖1、圖2與圖3，於本實施例中，光學系統100為光學偵測系統，其例如作為一光學微型探針，但不以此為限。光學系統100包括分合光元件110、導管(圖省略未示出)、聚焦元件130、形變偵測模組140以及物體偵測模組150。導管套設於至少一光纖120外，光纖120中具有至少一布拉格光纖光柵122。分合光元件110係配置於光纖120的一端E1。聚焦元件130係配置於光纖120相對的另一端E2。形變偵測模組140係耦接於分合光元件110。物體偵測模組150係耦接於分合光元件110。當具有一第一波長範圍R1之一第一光線L1經由分合光元件110進入至光纖120之布拉格光纖光柵122時，第一光線L1被布拉格光纖光柵122反射而形成一第一反射光線L1’並回到分合光元件110，被分合光元件110分光而傳遞至形變偵測模組140。具有一第二波長範圍R2之一第二光線L2經由分合光元件110進入至光纖120之布拉格光纖光柵122時，第二光線L2穿透布拉格光纖光柵122後而由聚焦元件130聚焦至待測物OB後，再被待測物OB反射，以形成一第二反射光線L2’。第二反射光線L2’依序經由聚焦元件130、光纖120及分合光元件110，被分合光元件110分光而傳遞至物體偵測模組150。第一波長範圍R1與該第二波長範圍R2不同。於以下的段落中會詳細說明上述各元件。

請參照圖2與圖3，分合光元件110係為可使以不同光路行進的多道光線合成一道光線輸出(合光功能)且可使一道光線分為以不同光路行進的多道光線輸出(分光功能)的光學元件。於本揭露的實施例中，分合光元件110可為藉由不同入光方向合光(或藉由同一入光方向分光)的稜鏡組、具有波長選擇性且利用不同波長範圍進行分光的二向色鏡(Dichroic Mirror)或半穿透半反射透鏡，本揭露並不以此為限。於本實施例中，分合光元件110為稜鏡組，且其包括兩個稜鏡110a與110b。兩個稜鏡110a、110b之間的界面為反射穿透面RTS。在其他實施例中，分合光元件110亦可為波長分波多工元件(wavelength-division multiplexing,WDM)，並不以所列舉為限。

請參照圖2、圖3與圖4，光纖120具有彼此相對的兩端E1、E2。光纖120包括至少一核心C、包覆層CL與布拉格光纖光柵122。包覆層CL包覆至少一核心C。布拉格光纖光柵122(Fiber Bragg Grating,FBG)設置(寫入)於核心C中。核心C的折射率大於外部包覆層CL的折射率。於本實施例中，至少一核心C的數量為一。

請參照圖2與圖3，布拉格光纖光柵122係為可反射具有特定波長範圍的光線且使具有不同於此特定波長範圍的光線的穿透的光學元件。於本實施例中，布拉格光纖光柵122的數量為m個，其中m大於等於1。這些布拉格光纖光柵122沿著光纖120的軸向延伸方向E設置。各布拉格光纖光柵122包括第一部分P1與第二部分P2。第一部分P1的折射率不同於第二部分P2的折射率。在本實施例中，第一部分P1的折射率大於第二部分P2的折射率，在其他實施例中，第一部分P1的折射率亦可小於第二部分P2的折射率，並不以此為限。第一部分P1與第二部分P2沿著光纖120的軸向延伸方向E設置。由另一個觀點來看，這些多個第一部分P1與多個第二部分P2沿著軸向延伸方向E交替排列，且在光纖120的核心C內具有一折射率變化的分佈。

各布拉格光纖光柵122的週期Λ定義為對應的第一部分P1的第一表面S1與對應的第二部分P2的第二表面S2在軸向延伸方向E上的距離。以圖2中左邊數來的第一個布拉格光纖光柵122(1)來舉例說明，第一部分P1的第一表面S1朝向光纖的一端E1。第二部分P2的第二表面S2朝向光纖120的另一端E2。第一個布拉格光纖光柵122(1)的週期Λ(1)為第一表面S1與第二表面S2在軸向延伸方向E上的距離，其他的布拉格光纖光柵的週期以此類推，於此不再贅述。這些布拉格光纖光柵122(1)~122(m)的這些週期Λ1~Λm彼此不同。在本實施例中，藉由週期Λ1~Λm彼此不同的設計來改變共振波長，即可知道獲取的反射長範圍是屬於哪個對應週期Λ1~Λm的布拉格光纖光柵122(1)~122(m)，進而得知發生形變的區域為何者。

在另一實施例中，可設計各週期Λ1~Λm皆相同，但每一個布拉格光纖光柵122(1)~122(m)中所含的第一部分P1折射率不同，每一個布拉格光纖光柵122(1)~122(m)中所含的第二部分P2的折射率不同，藉以改變共振波長。在其他實施例中，亦可設計各週期Λ1~Λm皆相同，但每一個布拉格光纖光柵122(1)~122(m)中含有多個部分，數量可為兩個以上，每一部分的折射率不同，藉以改變共振波長。在另外的實施例中，亦可設計週期、每一布拉格光纖光柵對應相同部分之折射率、及每一個布拉格光纖光柵所含多個部分之折射率皆改變，藉以改變共振波長，並不以所列舉者為限。

請參照圖1、圖2與圖3，聚焦元件130為能使光線聚焦的光學元件。於本揭露的實施例中，聚焦元件130可為自聚焦透鏡(GRIN lens)、單一個凸透鏡、單一個菲涅耳匯聚透鏡或由多片具有不同屈光度的凸、凹透鏡所組成的光學聚焦鏡頭。於本實施例中，聚焦元件130為自聚焦透鏡。

請參照圖2與圖3，形變偵測模組140係用以偵測形變。形變偵測模組140為光學偵測模組，且例如是光收發模組。詳細來說，形變偵測模組140包括第一光源142、第一光感測器144以及第一處理器146。第一光源142適於發出第一光線L1。第一光感測器144則適於接收由光纖120傳遞至形變偵測模組140的光線L1’而轉變成第一電訊號SG1。第一處理器146接收來自第一光感測器144的第一電訊號SG1，並據此進行分析。

請參照圖2與圖3，物體偵測模組150為用以偵測位於光纖120的一端E2處的待測物OB。物體偵測模組150為光學偵測模組，且例如是光收發模組，其架構類似於形變偵測模組140。詳細來說，物體偵測模組150包括第二光源152、第二光感測器154以及第二處理器156。第二光源152適於發出第二光線L2。第二光感測器154則適於接收由光纖120傳遞回來至物體偵測模組150的光線L2’而轉變成第二電訊號SG2。第二處理器156接收來自第二光感測器154的第二電訊號SG2，並據此進行分析。於本揭露的實施例中，物體偵測模組150例如是光學同調斷層(Optical coherence tomography,OCT)偵測模組、都普勒影像模組或吸收光譜模組，但不以此為限制。於本實施例中，物體偵測模組150為光學同調斷層偵測模組。

請參照圖2與圖3，於本揭露的實施例中，第一、第二光源142、152的態樣可為雷射二極體(Laser diode,LD)、發光二極體(Light emitting diode,LED)、有機發光二極體(Organic light emitting diode,OLED)、超流明二極體(Superluminescent diode,SLED or SLD)或其他種類的發光元件或者是上述同一種類或不同種類的發光元件所排列的陣列，但不以此為限。於本實施例中，第一、第二光源142、152包括雷射二極體。請參照圖5，第一光源142與第二光源152的不同處在於：第一光源142所發出的第一光線L1具有第一波長範圍R1。第二光源152所發出的第二光線L2具有第二波長範圍R2。第一波長範圍R1不同於第二波長範圍R2。

請參照圖5，詳細來說，第一波長範圍R1的第一峰值波長W1不同於第二波長範圍R2的第二峰值波長W2。峰值波長(Peak Wavelength)係指此波長範圍的光強度分佈中最強的光強度所對應的波長。於本實施例中，第一峰值波長W1例如是1550奈米，而第二峰值波長W2例如是1310奈米，但本揭露並不以此為限。

第一波長範圍R1具有第一半高寬FWHM1(Full width at half maximum)，且第一半高寬FWHM1由第一波長λ1與第三波長λ3定義。第二波長範圍R2具有第二半高寬FWHM2，且第二半高寬FWHM2由第二波長λ2與第四波長λ4定義。上述的半高寬的定義方式為：在光線的波長範圍的光強度分佈中，峰值的一半所對應的兩端點波長值的差值。上述的第一、第三波長λ1、λ3為第一半高寬FWHM1的兩端點波長值，而第二、第四波長λ2、λ4為第二半高寬FWHM2的兩端點波長值。第一波長λ1大於第三波長λ3。第二波長λ2大於第四波長λ4。第一半高寬FWHM1具有第一峰值波長W1，第一峰值波長W1小於第一波長λ1且大於第三波長λ3。第二半高寬FWHM2具有第二峰值波長W2，第二峰值波長W2小於第二波長λ2且大於第四波長λ4。第一峰值波長W1大於第二峰值波長W2。於本實施例中，第三波長λ3大於第二波長λ2。第三波長λ3與第二波長λ2之間的差值X的絕對值大於50奈米。在另一實施例中，第一波長範圍R1具有第一十分之一高寬FWTM1(Full width at tenth maximum)，且第二波長範圍R2具有第二十分之一高寬FWTM2，其中第一峰值波長W1正/負二分之一的第一十分之一高寬FWTM1的波長範圍(W1±FWTM1/2)與第二峰值波長W2正/負二分之一的第二十分之一高寬FWTM2的波長範圍(W2±FWTM2/2)彼此不重疊。

請參照圖2與圖3，於本實施例中，第一、第二光感測器144、154為將光訊號轉換成電訊號的光電元件，其種類包括光電二極體(Photo Diode,PD)、光敏電阻(Photo resistance cell)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)、光電感測器、雪崩式光電二極體(Avalanche Photodiode, APD)，本揭露並不以此為限。

請參照圖2與圖3，於本實施例中，上述的第一、第二處理器146、156可以是計算器(Computer)、微處理器(Micro Controller Unit,MCU)、中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之控制器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置，本揭露並不以此為限。於本實施例中，第一、第二處理器146、156為計算器。

請參照圖2與圖3，此外，於本實施例中，光學系統100更可選擇性地設置光導元件OG1、OG2與光耦接器OC。光導元件OG1設置於形變偵測模組140與分合光元件110之間。光導元件OG2則設置於物體偵測模組150與分合光元件110之間。光耦接器OC設置於分合光元件110與光纖120的一端E1之間。於本實施例中，光導元件OG1用以使形變偵測模組140與分合光元件110兩者光耦接，而光導元件OG2則用以使物體偵測模組150與分合光元件110兩者光耦接。光耦接器OC則用以使分合光元件110與光纖120兩者光耦接。於此處，所謂的兩個元件之間『光耦接』係指：指於元件A內傳遞的光束可進入到元件B，反之亦然。於本實施例中，光導元件OG1、OG2可為光纖。於一實施例中，光導元件OG1、OG2亦可為反射鏡。

於以下的段落中，會詳細地說明光學系統100中從光路上游處至光路下游處的各元件之間的配置。

請參照圖2與圖3，形變偵測模組140與物體偵測模組150設置於分合光元件110的不同側N1、N2，並分別藉由光導元件OG1、OG2與分合光元件110光耦接。分合光元件110設置於光纖110的一端E1。聚焦元件130則設置於光纖120的另一端E2，且聚焦元件130位於待測物OB與光纖120之間。

於以下的段落中，會搭配圖1至圖3以詳細地說明光學系統100的作動原理。

請參照圖1中位於左邊的部分圖式、圖2與圖3，光學系統100的光纖120與聚焦元件130藉由入口O以進入患者的大腦BR。隨著光纖120往大腦BR的內部推進，在不同的時間下，光纖120會對應產生不同的形變，並且，光纖120的一端E2的前方會遭遇到各種不同的待測物OB。形變偵測模組140用以偵測在行進過程中光纖120的形變。物體偵測模組150用以偵測待測物OB。於以下的段落會分別說明形變偵測功能與物體偵測功能。

首先，是形變偵測功能的相關說明。

請參照圖1中位於左邊的部分圖式、圖2與圖3，當光纖120進入大腦BR後，形變偵測模組140中的第一光源142開啟，以發出第一光線L1。第一光線L1被光導元件OG1導光後以方向D2的入光方向進入分合光元件110。接著，第一光線L1被反射穿透面RTS反射後依序進入光耦合器OC以及光纖120，並在光纖 120的核心C進行一至多次的全內反射(Total internal reflection,TIR)，而傳遞至這些布拉格光纖光柵122。

由於這些布拉格光纖光柵122具有不同的週期Λ，因此在初始狀態(即光纖120未受形變的狀態)下，這些布拉格光纖光柵122被設計為用以反射第一波長範圍R1中特定的多個波長(λ_c)。舉例而言，在初始狀態下，第一個光纖光柵122(1)例如是用以反射特定波長λ_c1為1550nm的光線，第二個光纖光柵122(2)例如是用以反射特定波長λ_c2為1555nm的光線，以下以此類推，本揭露並不以此為限制。各布拉格光纖光柵122所能夠反射的特定波長則由其對應具有的週期Λ來決定。需注意的是，上述所舉的數字僅為舉例說明，本揭露並不以此為限。令這些在初始狀態下的能夠被這些布拉格光纖光柵122反射的特定波長λ_c1~λ_cm的數值所組成的集合為初始集合(Set)S0，如下：(λ_c1、λ_c2、λ_c3...、λ_cm)→初始集合S0。

接著，在形變狀態下(即當光纖120受到外力而導致其本身產生形變時)，這些布拉格光纖光柵122所分別具有的週期Λ或多或少會對應產生變化，即週期由Λ變為Λ+ΔΛ，其中ΔΛ可為正值、負值或0。因此，各布拉格光纖光柵122所能夠反射的特定波長λ_c也對應改變了，即能夠反射的特定波長由λ_c變為λ_c’，其中λ_c’=λ_c+Δλ_c。令這些在形變狀態下能夠被這些布拉格光纖光柵122反射的特定波長λ_c1’~λ_cm’的數值所組成的集合為形變集合DS，如下所示： (λ_c1’、λ_c2’、λ_c3’...、λ_cm’)→形變集合DS。

請參照圖3，因此，部分的第一光線L1會被這些布拉格光纖光柵122反射，而形成第一反射光線L1’，而依序經過光纖120、光耦合器OC、被分合光元件110分光而傳遞至形變偵測模組140中的第一光感測器144。第一光感測器144再將第一反射光線L1’轉換成第一電訊號SG1。接著，第一處理器146根據此第一電訊號SG1進行分析。

具體來說，若光纖120受到外力而處在形變狀態下時，因這些布拉格光纖光柵122所分別具有的週期Λ產生變化，而其能反射的特定波長也由λ_c1~λ_cm(即初始集合S0)變化為λ_c1’~λ_cm’(即形變集合DS)。第一光訊號SG1則帶有形變集合DS的資訊。第一處理器146根據初始集合S0與形變集合DS兩集合數值之間的差異，而得到一波長差異集合WVS，如下：(Δλ_c1、Δλ_c2、Δλ_c3...、Δλ_cm)→波長差異集合WVS。

由於這些布拉格光纖光柵122分佈設置於核心C中，因此藉由計算這些布拉格光纖光柵122所分別對應所處的區域產生的形變，可推估光纖120的整體形變。第一處理器146再根據此波長差異集合WVS以計算這些布拉格光纖光柵122所分別對應所處的區域在一特定時刻下產生的形變。

承上述，由於光纖120的形變是時變函數，即上述的形變集合DS(t)與波長差異集合WVS(t)亦為時變的(與時間t有關)，因此形變偵測模組140可在不同的時刻下計算出對應的波長差異集合WVS(t)，而得到光纖120在不同的時刻下的形變，藉此可以估算出光纖120在大腦BR內的位置。更具體來說，藉由光纖120在不同的時刻下的形變，可以大略推知光纖120往大腦BR內部行進多少距離、朝哪個方向轉彎等參數，藉此可以得知導管(光纖120)在大腦BR內部的行進路徑，而估算出光纖120在大腦BR內的位置。並且，形變偵測模組140更可具有一儲存裝置以儲存/紀錄導管(光纖120)的行進路徑。

接著，是物體偵測功能的相關說明。

請再一次參照圖1中位於左邊的部分圖式、圖2與圖3，當光纖120進入大腦BR後，物體偵測模組150中的第二光源152開啟，以發出第二光線L2。第二光線L2被光導元件OG2導光後以方向D1的入光方向進入分合光元件110。接著，第二光線L2穿透反射穿透面RTS依序進入光耦合器OC以及光纖120，並在光纖120的核心C內進行一至多次的全內反射且穿透這些布拉格光纖光柵122後於光纖120的一端E2出光。第二光線L2被聚焦元件130聚光而傳遞至待測物OB而被待測物OB反射，以形成第二反射光線L2’。第二反射光線L2’依序經過聚焦元件130、光纖120、光耦合器OC、被分合光元件110分光而傳遞至物體偵測模組150中的第二光感測器154。第二光感測器154再將第二反射光線L2’轉換成第二電訊號SG2。接著，第二處理器156根據此第二電訊號SG2進行分析。

於本實施例中，物體偵測模組150為光學同調斷層偵測模組。於一實施例中，光學同調斷層偵測模組可依據第二電訊號SG2並搭配縱向掃描(A scan)以得知在平行於光線L2的傳遞方向D1上不同深度的斷層影像，藉此得知待測物OB的具體態樣。於另一實施例中，光學同調斷層偵測模組可依據第二電訊號SG2並搭配橫向掃描(B scan)以得知垂直於光線L2的傳遞方向D1的一方向D2上的斷層影像。於再一實施例中，光學同調斷層偵測模組依據第二電訊號SG2並搭配縱向掃描與橫向掃描的方式組合成斷層影像。上述所提到的縱向例如是光線L2於光纖120中的傳遞方向D1，橫向例如是垂直於光線L2於光纖120中的傳遞方向D1的一方向D2。若藉由斷層影像判斷出待測物OB為血管，則判定此待測物OB為障礙物，物體偵測模組150可告知使用者以控制導管繞過此血管，以避免造成腦內出血。接著，請參照圖1中的右邊圖式，導管(光纖120)可經過上述一至多次的路徑修正後，最後再藉由斷層影像來找到大腦BR內的病灶或目標物。

於又一實施例中，物體偵測模組150可為都卜勒影像模組。都卜勒影像模組可藉由都普勒效應、第二光線L2與第二反射光線L2’來判斷出待測物OB是否有血液流動，來判斷是否為血管。

於另一實施例中，物體偵測模組150可為吸收光譜模組。當第二光線L2傳遞至待測物OB時，部分的第二光線L2則被待測物OB吸收，而部分的第二光線L2則反射回來，形成第二反射光線L2’。由於在大腦BR不同組織(例如是血管、血管壁或大腦皮層)對於光的吸收度不一樣，吸收光譜模組可以將原本的第二光線L2的光譜與反射回來的第二反射光線L2’的光譜做比較，可以藉由第二反射光線L2’的光譜以判定待測物OB的組成成分。

於本實施例中，第一光線L1與第二光線L2在同一個核心C於光纖120內傳遞。即，第一光線L1與第二光線L2共用一核心C。

於本實施例中，布拉格光纖光柵122的數量為多個。於其他的實施例中，布拉格光纖光柵122的數量亦可為一個，本揭露並不以此為限。並且，於圖2與圖3中，布拉格光纖光柵122分佈於核心C的位置的設置區域例如是靠近光纖120的一端E2。於其他的實施例中，布拉格光纖光柵122分佈於核心C的位置設置區域亦可以是核心C中的其他區域，本揭露並不以此為限制。

承上述，在本實施例的光學系統100中，形變偵測模組140藉由第一光線L1以偵測光纖120的形變而可得知導管(光纖120)的行進路徑，並可進一步地紀錄導管(光纖120)的行進路徑。物體偵測模組150藉由第二光線L2以偵測待測物OB。在一實施例中，形變偵測模組140與物體偵測模組150可於同一時間分別發射出第一光線L1與第二光線L2來進行偵測，因此，光學系統100可同時具有偵測待測物OB與得知導管(光纖120的)行進路徑的功能。此外，由於第一光線L1的第一波長範圍R1不同於第二光線L2的第二波長範圍R2，因此形變偵測模組140的形變偵測結果與物體偵測模組150的物體偵測結果較不互為干擾，其偵測結果較為準確。

並且，當本實施例的光學系統100用於腦部的微創手術且物體偵測模組150偵測到光纖120的待測物OB為病灶時，則可以依據導管(光纖120)的行進路徑以確定病灶於大腦OB內的具體位置。

此外，在一實施例中，由於共用同一根光纖120作為形變偵測與物體偵測，故可減少導管內設置光纖120的數量，可使用直徑較小的導管，故適合用於微創手術。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖6為光纖的另一實施態樣的剖面示意圖。

請參照圖6，圖6的光纖120a類似於圖1的光纖120。但要注意的是，圖6中光纖120a的核心C數量為多個。這些核心C包括至少一第一核心C1與至少一第二核心C2。舉例而言，第一核心C1的數量為四個，至少一第二核心C2的數量為一個，但不以此為限制。於本實施例中，第一光線L1係藉由第一核心C1於光纖120a內傳遞。第二光線L2係藉由這些第二核心C2於光纖120a內傳遞。簡言之，於本實施例中，第一光線L1、第二光線L2所分別用以在光纖120a內傳遞的第一核心C1、第二核心C2是不同的。即第一光線L1、第二光線L2不共用同一核心。

並且，於本實施例中，由於使用多個第一核心C1，因此形變偵測模組140可依據在這些第一核心C1內回傳的多個第一反射光線L1’所對應得到的多個第一電訊號SG1的結果平均，以使形變偵測結果更為準確。

在其他實施例中，亦可僅採用配置在接近表面S處的這些第一核心C1，第一光線L1與第二光線L2係藉由這些第一核心C1於光纖120a內傳遞，即第一光線L1、第二光線L2共用同一核心C1，而不使用第二核心C2。或是，在其他實施例中，亦可使用第二核心C2來進行第一光線L1與第二光線L2的傳遞，其餘的第一核心C1並不使用或是僅使用部分，並不以所列舉者為限。

圖7為本揭露另一實施例的光學系統用於腦部的微創手術的示意圖。圖8是圖7的光纖、功能管與導管的局部縱切剖面示意圖。圖9是圖7與圖8中光纖、功能管與導管的橫切剖面示意圖。

請參照圖7至圖9，光學系統100a大致上類似於圖1至圖3的光學系統100。但要注意的是，在圖7至圖9中，光學系統100a更包括一導管160以及多個功能管170。至少一光纖120的數量為多個。導管160內具有多個區域R。每一區域R內設有一功能管170與一光纖120。藉由上述的形變取得方式，因此，形變偵測模組140可對應計算出各區域R的形變，以得知導管160的精確形變。於本實施例中，導管160的直徑例如是小於6毫米(mm)，但不以此為限。功能管170係指用以實現不同的功能的導管。在一實施例中，可對應在不同區域R設置不同功能的功能管 170，於以下的段落會舉例說明功能管170的不同功能。

接著，請參照圖7的右邊圖式，當導管(光纖120)可經過一至多次的路徑修正後，而移動至大腦BR內的病灶附近時，可藉由功能管170將藥物投入於病灶附近。此時，功能管170作為投藥管。

於另一實施例中，若大腦BR內有血塊時，則可藉由功能管170與抽氣裝置(未示出)連接來將血塊抽取。

於另一實施例中，藉由功能管170設置電極，以深入到深腦組織STN(subthalamic nucleus)，進行帕金森氏症的治療。

此外，應注意的是，為了方便說明，於上述的實施例中，光學系統100係作為探針且用於腦部的微創手術，但此為舉例說明。本揭露的實施例的光學系統100亦可以作為其他種類的元件或用於其他用途，本揭露不以此為限。

綜上所述，在本揭露的實施例的光學系統中，光纖中設有至少一布拉格光纖光柵，且此至少一布拉格光纖光柵用於反射具有第一波長範圍的第一光線。當光纖受到外力而形變時，形變偵測模組藉由反射的第一反射光線可得知光纖的形變，藉此可以進一步得知導管的行進路徑。另一方面，物體偵測模組發出的第二光線亦可藉由光纖以傳遞至待測物，物體偵測模組接收由待測物反射的第二反射光線而判定待測物的具體態樣。此外，第一光線的第一波長範圍不同於第二光線的第二波長範圍，因此形變偵測模組的形變偵測結果與物體偵測模組的物體偵測結果較不互為干擾。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:光學系統

122(1)~122(m):布拉格光纖光柵