一种共焦显微内窥镜系统及其调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医疗器械制造领域，更具体地，设及一种带输入激光功率自动调节功 能的探头式共焦显微内窥镜系统。
【背景技术】
[0002] 探头式共焦显微内窥镜（pCLE,probe-based Confocal Laser Endomicroscopy) 是一种可W借助胃镜、结肠镜等通道伸入人体，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 能在不久的未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。
[0003] 如CN99813284.5、CN02828322.8、CN03821815.1等文献描述，目前成熟的、商业化 的探头式共焦显微内窥镜一般原理是:激光器发出的激光经二向色镜反射后进入由谐振型 快速扫描镜(如4K扫描频率的谐振型扫描镜)及检流计型慢速扫描镜组成的光束扫描装置 扫描偏转后，光源会进入无焦的中继镜组，达到禪合物镜，使偏转扫描后的光源聚焦到光纤 束探头的近端，从而由光纤束将激发光传输到事先注射过巧光溶液的病人的生理组织上。 光纤束探头远端处的微物镜收集人体组织通过散射的方式发出的巧光，并经由前述的光纤 束探头、禪合物镜、中继镜组、光束扫描装置退扫描到二向色镜处，并透过二向色镜及其后 的长通滤光片，到达巧光聚焦镜。被聚焦的巧光进入微小尺寸的空间滤波小孔，并被可W进 行微弱光信号检测的光电探测装置接收。光电探测装置会迅速地(~I(T 8S)将微弱光信号转 换为电流信号。在控制单元控制下，光束扫描装置偏转得到一系列与空间位置对应的电流 信号序列;经由特定的算法，运些电流信号序列将进一步转换，并被拼接成与空间对应、具 有一定帖频、像素尺寸及分辨率的组织图像实时显示在显示设备上。
[0004] -般的探头式共焦显微内窥镜有W下缺点：
[0005] (1)严格意义上讲，激光器长时间工作散发的热量并不适合用风扇或者热电制冷 器(TEC)带走，因为风扇会通过空气循环将环境中的灰尘"吸"入系统;热电制冷器冷凝的水 分也会滞留在系统中。灰尘及潮湿的坏境通常会对上述探头式共焦显微内窥镜系统的光电 器件造成不同程度的损害，造成系统性能下降或者损坏。
[0006] (2)二向色镜、长通滤光片及空间滤波小孔之间有较大的间隔距离，因此不能完全 遮拦、隔离空间杂散光。
[0007] (3)巧光聚焦镜与空间滤波小孔(典型尺寸为20皿)的对准困难且耗时。
[0008] (4)因为锻膜工艺复杂、用量小、供应商单一等原因，系统中使用二向色镜、长通滤 光片相对比较昂贵。
[0009] (5)在系统的使用过程中，在输入激光功率不变的情况下，由于不同生物组织对巧 光素的特异性不同，观察不同生物组织时，光电探测器接收到的信号强度不同，导致显示的 图像出现过曝或欠曝现象，需要调节输入激光功率才能使显示的图像保持合适的亮度。一 般的探头式共焦显微内窥镜使用手动方式调节输入激光功率，频繁手动调节激光功率的操 作会占用操作者大量精力。
【发明内容】
[0010] 针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种带输入激光功率自动调节功能的探头式 共焦显微内窥镜系统，目的在于省去了巧光聚焦镜与空间滤波小孔的对准工艺，减小了系 统体积及杂散光；同时方便了光、电模块的分离及激光器的散热，降低了系统的制造成本； 自动调节激光功率，保证能够获取合适亮度的实时图像。
[0011] 本发明提供了一种探头式共焦显微内窥镜系统，包括:激光器、光纤环形器、准直 镜组、光束扫描装置、中继镜组、禪合物镜、光纤束探头、光电探测器和控制单元;激光器用 于产生激发光;光纤环形器具有S个端口，第一端口 Pl用于接收所述激发光，第二端口P2用 于输出禪合后的激发光，并接收巧光;第=端口 P3用于输出巧光;准直镜组用于对禪合后的 激发光进行准直，并对巧光进行聚焦;光束扫描装置用于对准直后的激发光进行扫描处理 后获得偏转后的激发光；中继镜组用于对所述偏转后的激发光的偏转幅度进行压缩处理； 禪合物镜用于对压缩后的激发光进行聚焦处理;光纤束探头的近端处于所述禪合物镜的焦 面，用于收集所述禪合物镜禪合方式注入的激发光，并将所述禪合物镜输出的激发光传输 至远端;光电探测器用于接收所述光纤环形器的所述第=端口 P3输出的所述巧光，并将所 述巧光转换为电流信号；控制单元用于输出特定时钟信号，并控制所述光束扫描装置中的 快、慢振镜扫描光束，同时根据所述特定时钟信号接收所述电流信号并对所述电流信号进 行处理后输出激光功率目标值，并控制所述激光器按照激光功率目标值产生激发光，从而 实现输入激光功率的自动调节。
[0012] 更进一步地，工作时，光纤束探头输出的激光照射到事先注射过巧光溶液的人体 的生理组织上，人体的生理组织受到激发后W散射的形式发出更长波长的巧光；巧光被所 述光纤束探头远端的微物镜接收并依次经过光纤束探头、禪合物镜、中继镜组、光束扫描装 置及准直镜组原光路返回，由所述光纤环形器的第=端口P3输出，被所述光电探测器探测 后转换为所述电流信号。
[0013] 更进一步地，所述光纤环形器的第一端口Pl包括多个子端口，所述光纤环形器的 第=端口 P3包括多个与所述第一端口 Pl的子端口相匹配的子端口。
[0014] 更进一步地，由所述激光器、所述光纤环形器和所述光电探测器构成的激发接收 模块与由所述准直镜组、所述光束扫描装置、所述中继镜组及所述禪合物镜构成的光学传 输模组隔离分区设置。
[0015] 更进一步地，所述准直镜组的数值孔径与所述光纤环形器的第二端口 P2处的光纤 的数值孔径接近。
[0016] 更进一步地，所述中继镜组的垂轴放大率为1。
[0017] 更进一步地，所述禪合物镜与所述光纤环形器的第二端口 P2和第=端口 P3共辆。
[0018] 更进一步地，所述光纤束探头中的所述微物镜的机械外径小于2.7mm。
[0019] 本发明还提供了一种基于上述的探头式共焦显微内窥镜系统的输入激光功率的 自动调节方法，包括下述步骤：
[0020] SI:根据所述光电探测器探测到的所述电流信号计算亮度信息レ
[0021] S2:判断所述亮度信息L是否在亮度范围[a,b]内；若是，则保持输入激光功率不 变，并返回至步骤SI,若否，则转入步骤S3;
[0022] S3:根据所述亮度信息L和所述亮度范围[a, b]计算激光功率调整值
;并根据所述激光功率调整值A P获得激光功率目标值Ps = P+ A P;
[0023] S4:控制所述激光器按照激光功率目标值Ps产生激发光。
[0024] 更进一步地，当光电探测器输出信号的上限值为m时，亮度范围[a, b]为：a = 0.25m,b二0.5m。
[0025] 本发明使用光光纤环形器取代了二向色镜、长通滤光片及空间滤波小孔，省去了 巧光聚焦镜与空间滤波小孔的复杂的对准工艺，使系统的装调变得容易；同时减少了杂散 光，增加了系统的信噪比；减小了系统体积，方便了光、电模块的分离及激光器的散热。因为 制造工艺成熟，用量大，使用光纤环形器后降低了系统的制造成本。同时，本发明中的输入 激光功率自动调节功能的模块能够实现输入激光功率的自动调节，保持观察过程中显示的 图像始终具有合适的亮度，避免了操作者频繁的手动调节，使系统操作更为简便。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例提供的带输入激光功率自动调节功能的探头式共焦显微内窥 镜系统的结构示意图。
[0027] 图2是本发明实施例中多子端口光纤环形器的示意图。
[0028] 图3是本发明包含的激光功率自动调节功能的方法流程示意图。
[0029] 附图中各部件的标记如下：1为激光器;2为光纤环形器;3为准直镜组;4为光束扫 描装置;5为中继镜组;6为禪合物镜;7为光纤束探头、8为光电探测器。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明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W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0031] 本发明提供了一种新型的带输入激光功率自动调节功能的探头式共焦显微内窥 镜系统，如图1所示，该系统包括产生激发光的激光器1;用于禪合激发光、分离激发光和巧 光的光纤环形器2;用于准直激发光及聚焦巧光的准直镜组3;用于激发光偏转的光束扫描 装置4;用于压缩偏转幅度的中继镜组5 ;用于激发光聚焦及禪合的禪合物镜6;用于激发光 的柔性传输及传像的光纤束探头7;用于微弱光信号探测的光电探测器8;用于控制激光器、 光束扫描装置、光电探测器及对光电探测器探测到的信号进行处理的控制单元（图1中未示 出）；控制单元输出特定时钟信号、控制光束扫描装置4中的快、慢振镜扫描光束，同时按前 述的时钟接收光电探测器8收集的电流信号，并按特定算法处理W生成图像；W及用于实时 显示图像的显示设备（图1中未示出）。
[0032] 本发明还提供了一种基于上述的探头式共焦显微内窥镜系统的输入激光功率的 自动调节方法，包括W下步骤：
[0033] 步骤Sl:由所述光电探测器探测到的信号计算亮度信息L
[0034] 步骤S2:判断亮度信息L是否在亮度合理范围[a，b]内；
[0035] 步骤S3:计算激光功率调整值A P和激光功率目标值Ps;
[0036] 步骤S4:由控制单元将激光功率目标值Ps设置到激光器；
[0037] 在系统工作过程中循环上述Sl~S4步骤。
[0038] 步骤S2中的所述a和b为预先确定的值。亮度合理范围[a, b]为经验值，当光电探测 器输出信号的上限值为m时，亮度范围[a，b]为:a = 0.25m，b = 0.5m。
[0039] 本发明同时包含一种输入激光功率自动调节功能的模块，输入激光功率自动调节 模块包含在控制单元内，依据每一帖获取的所述光电探测器探测到的信号计算亮度信息， 根据亮度信息计算激光功率的目标值调整值，由控制单元发出命令控制激光器调整激光器 的功率至激光功率的目标值。
[0040] 本发明使用光纤环形器取代了二向色镜、长通滤光片及空间滤波小孔，省去了巧 光聚焦镜与空间滤波小孔的复杂的对准工艺，使系统的装调变得容易；同时减少了杂散光， 增加了系统的信噪比；减小了系统体积，方便了光、电模块的分离及激光器的散热。因为制 造工艺成熟，用量大，使用光纤环形器后降低了系统的制造成本。本发明中的输入激光功率 自动调节功能的模块能够实