用于熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的微型顯微物鏡研究.pdf

1、最近，熒光共聚焦內(nèi)窺鏡作為一種新的診斷工具可通過常規(guī)內(nèi)鏡的工作通道進(jìn)入人體進(jìn)行實(shí)時(shí)高分辨率成像，醫(yī)生根據(jù)其成像結(jié)果選擇可疑區(qū)域抓取組織進(jìn)行組織活檢，可提高活檢成功率。微型顯微物鏡是熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的重要器件，其與光纖束一起作為熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的光學(xué)探頭可通過常規(guī)內(nèi)鏡的工作通道進(jìn)入人體進(jìn)行成像。微型物鏡的成像性能決定了熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的成像參數(shù)，為了使熒光共聚焦內(nèi)窺鏡能應(yīng)用于臨床診斷，微型顯微物鏡需滿足小尺寸、低像差、高分辨率的成像要求以

2、及常規(guī)加工與裝配技術(shù)的限制。
　　本文先詳細(xì)描述了微型物鏡的設(shè)計(jì)指標(biāo)和在常規(guī)加工與裝配技術(shù)下的加工限制，并介紹了微型物鏡的設(shè)計(jì)思路。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)研究了微型物鏡的性能測試方法，并搭建可測試微型物鏡性能的光學(xué)系統(tǒng)，可測量微型物鏡的橫向分辨率、MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）曲線和色差焦移曲線。
　　根據(jù)微型物鏡的設(shè)計(jì)指標(biāo)和加工限制，本研究用容易實(shí)現(xiàn)的五透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并加工了三種不同尺寸的微型顯微物鏡。微型物鏡尺寸越小，設(shè)計(jì)難度越大。為了確定

3、微型物鏡的設(shè)計(jì)思路與方法，本文先用全玻璃球面透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并加工完成了外徑6 mm的微型物鏡。為了獲得可與常規(guī)腸鏡配合使用的微型物鏡，利用了非球面透鏡像差校正的優(yōu)點(diǎn)，用一片塑料非球面透鏡替代一片玻璃球面透鏡，解決了尺寸變小像差校正難度增大的問題，設(shè)計(jì)并加工完成了外徑3.5 mm的微型物鏡。為了獲得可與常規(guī)胃鏡配合使用的微型物鏡，選擇四片球面透鏡和一片非球面透鏡組合的結(jié)構(gòu)，并采用光學(xué)設(shè)計(jì)中的全局優(yōu)化方法對(duì)透鏡參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)并加工完成

4、了外徑2.6 mm的微型物鏡。外徑2.6 mm微型物鏡總長為10.3 mm，有利于通過常規(guī)胃鏡的工作通道進(jìn)入人體；150μm的工作距離可觀察到胃粘膜的胃小凹結(jié)構(gòu)；360μm的視場可觀察到足夠多的胃小凹結(jié)構(gòu)，方便通過胃小凹的形態(tài)進(jìn)行臨床診斷。在常規(guī)加工與裝配技術(shù)條件下獲得的三種尺寸的微型物鏡成品經(jīng)測試可分辨分辨率板的最小線寬為0.78μm；計(jì)算獲得微型物鏡的像方MTF曲線中MTF數(shù)值在167 lp/mm處均大于0.5；測得色差焦移極小說明

5、色差得到有效校正，性能測試結(jié)果滿足熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的成像要求。三種微型物鏡與熒光共聚焦內(nèi)窺鏡配合對(duì)小鼠新鮮器官組織進(jìn)行成像，可分辨組織的典型結(jié)構(gòu)。包含外徑2.6 mm微型物鏡的熒光共聚焦內(nèi)窺鏡探頭，可分辨小鼠大腸組織的隱窩結(jié)構(gòu)和上皮細(xì)胞。因?yàn)殡[窩結(jié)構(gòu)和細(xì)胞形態(tài)可作為癌癥早期診斷的重要依據(jù)，因此該微型物鏡可作為熒光共聚焦內(nèi)窺鏡的重要器件用于臨床研究。
　　針對(duì)不同深度組織成像的要求，本文還設(shè)計(jì)了一種雙微型焦點(diǎn)物鏡。該微型物鏡采用新型

6、透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將兩個(gè)焦距不同但中心厚度相同的透鏡各取一半構(gòu)成一個(gè)雙焦點(diǎn)透鏡，并與準(zhǔn)直透鏡組合構(gòu)成了雙焦點(diǎn)微型物鏡。該微型雙焦點(diǎn)物鏡外徑2.6 mm，工作波長為488-550 nm，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)樣品的成像結(jié)果驗(yàn)證了該微型物鏡的雙焦點(diǎn)成像能力。
　　本論文針對(duì)熒光共聚焦內(nèi)窺鏡成像要求，選擇合理的透鏡結(jié)構(gòu)以及合適的透鏡材料，設(shè)計(jì)并加工完成了四種微型顯微物鏡，并與熒光共聚焦內(nèi)窺鏡結(jié)合進(jìn)行成像獲得了預(yù)期的成像結(jié)果。所設(shè)計(jì)微型顯