用于熒光共聚焦內窺鏡的微型顯微物鏡研究.pdf

1、最近，熒光共聚焦內窺鏡作為一種新的診斷工具可通過常規(guī)內鏡的工作通道進入人體進行實時高分辨率成像，醫(yī)生根據其成像結果選擇可疑區(qū)域抓取組織進行組織活檢，可提高活檢成功率。微型顯微物鏡是熒光共聚焦內窺鏡的重要器件，其與光纖束一起作為熒光共聚焦內窺鏡的光學探頭可通過常規(guī)內鏡的工作通道進入人體進行成像。微型物鏡的成像性能決定了熒光共聚焦內窺鏡的成像參數，為了使熒光共聚焦內窺鏡能應用于臨床診斷，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)加工與裝配技術的限制。
　　本文先詳細描述了微型物鏡的設計指標和在常規(guī)加工與裝配技術下的加工限制，并介紹了微型物鏡的設計思路。根據設計指標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系統(tǒng)，可測量微型物鏡的橫向分辨率、MTF（調制傳遞函數）曲線和色差焦移曲線。
　　根據微型物鏡的設計指標和加工限制，本研究用容易實現的五透鏡結構設計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，設計難度越大。為了確定

3、微型物鏡的設計思路與方法，本文先用全玻璃球面透鏡結構設計并加工完成了外徑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，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，設計并加工完成了外徑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構，并采用光學設計中的全局優(yōu)化方法對透鏡參數進行優(yōu)化，最終設計并加工完成

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)胃鏡的工作通道進入人體；150μm的工作距離可觀察到胃粘膜的胃小凹結構；360μm的視場可觀察到足夠多的胃小凹結構，方便通過胃小凹的形態(tài)進行臨床診斷。在常規(guī)加工與裝配技術條件下獲得的三種尺寸的微型物鏡成品經測試可分辨分辨率板的最小線寬為0.78μm；計算獲得微型物鏡的像方MTF曲線中MTF數值在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，性能測試結果滿足熒光共聚焦內窺鏡的成像要求。三種微型物鏡與熒光共聚焦內窺鏡配合對小鼠新鮮器官組織進行成像，可分辨組織的典型結構。包含外徑2.6 mm微型物鏡的熒光共聚焦內窺鏡探頭，可分辨小鼠大腸組織的隱窩結構和上皮細胞。因為隱窩結構和細胞形態(tài)可作為癌癥早期診斷的重要依據，因此該微型物鏡可作為熒光共聚焦內窺鏡的重要器件用于臨床研究。
　　針對不同深度組織成像的要求，本文還設計了一種雙微型焦點物鏡。該微型物鏡采用新型

6、透鏡結構進行設計，將兩個焦距不同但中心厚度相同的透鏡各取一半構成一個雙焦點透鏡，并與準直透鏡組合構成了雙焦點微型物鏡。該微型雙焦點物鏡外徑2.6 mm，工作波長為488-550 nm，結構簡單，易于實現，對樣品的成像結果驗證了該微型物鏡的雙焦點成像能力。
　　本論文針對熒光共聚焦內窺鏡成像要求，選擇合理的透鏡結構以及合適的透鏡材料，設計并加工完成了四種微型顯微物鏡，并與熒光共聚焦內窺鏡結合進行成像獲得了預期的成像結果。所設計微型顯