[发明专利]一种三维微型内窥镜

说明书

本发明涉及内窥镜技术领域，具体涉及一种三维微型内窥镜，包括微型成像探头，微型成像探头包括可与外部样品正对的物镜，物镜上开有用于收集外部样品产生的荧光光子的前孔径，物镜连接有用于收集前孔径无法收集的荧光光子的光电检测器，光电检测器包括相互依次连接的滤光片、光电敏感单元和驱动单元；同时还包括平面二向色镜和垂直二向色镜。本发明利用合理利用光电检测器代替现有技术中的额外光学元件，在保证内窥镜收集荧光光子效率的前提下，减小了内窥镜的体积，解决了现有技术重内窥镜体积大而影响内窥镜使用的问题，同时利用平面二向色镜扫描器和垂直二向色镜扫描器实现了内窥镜的三维扫描。

技术领域

本发明涉及内窥镜技术领域，特别涉及一种三维微型内窥镜。

背景技术

随着科学技术的发展，医用内窥镜已经被广泛应用与医疗领域，它是人类窥视、治疗人体内器官的重要工具之一。内窥镜在200多年的发展过程中结构发生了四次大的改进，从最初的硬管式内窥镜、半曲式内窥镜到纤维内窥镜，又到如今的电子内窥镜，影像质量也发生了一次次质的飞跃。当今使用LED照明，内窥镜可以获得彩色相片或彩色电视图像，同时，其图像不再是组织器官的普通图像，而是如同在显微镜下观察到的微观图像，微小病变清晰可辨。根据现有的临床经验，内窥镜的微型成像探头体积越小，硬性段越短，能够最大程度减小病人的痛楚，所以内窥镜一直朝着小型化发展。

现有的内窥镜一般包括物镜、扫描透镜、聚焦透镜、柱状透镜、玻片和收集透镜等，物镜用于将来自微机电扫描仪的激光会聚到活体样本内部，以激发活体样本产生荧光信号以及用于输出荧光信号；扫描透镜布置在微机电扫描仪和物镜之间的光路上，用于将微机电扫描仪二维扫描所产生的角度变化的激光转化成位置变化的激光；聚焦透镜，用于激光聚焦；柱状透镜，用于形成线状焦点；波片，用于改变激光的偏振方向；收集透镜，用于收集非线性光学信号并输入激光输出光纤。

对于非线性光学成像显微镜，特别是多光子荧光显微镜中，近红外激光脉冲被物镜聚焦后在样品中激发出各向同性发射的荧光信号。生物组织通常表现出较强吸收和高散射的光学特性。对于落射式(Epifluorescence)荧光检测，同一个物镜既被用于聚焦激发光，又被用于收集荧光信号。被物镜收集的荧光信号的强度取决于物镜的数值孔径和物镜前孔径，物镜的数值孔径和物镜前孔径越大，物镜能收集的荧光信号的强度越大。

近年来出现了很多技术收集物镜无法收集到的荧光光子，例如，2006年折返射物镜被提出；2007年采用抛物面镜和2011年采用圆柱面镜的发射检测技术被提出，仿真获得了10倍荧光收集效率增强，实验获得了8.9倍荧光收集效率增强。此外，通过在物镜周围安排5-8根高数值孔径的光纤来收集物镜收集不到的荧光，可以在高数值孔径物镜获得2倍荧光收集效率增强，在低数值孔径物镜获得20倍荧光收集效率增强。

以上用于增强荧光收集效率的技术均采用额外光学元件收集物镜无法收集到的荧光光子。由于荧光光子的散射角度和离散性很大，进入额外收集光路后荧光光子多次反射路径复杂，损耗大，导致额外光学元件的实际收集效率受限，为了保证荧光光子的收集效率，不得不将用于增强荧光收集效率的额外光学元件的体积增大，这对内窥镜朝着小型化的发展趋势形成了严重技术障碍，因此如何在保证内窥镜的收集荧光光子效率的前提下，还能减小内窥镜的体积成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种三维微型内窥镜，在保证内窥镜收集荧光光子的效率的前提下，解决了内窥镜体积大而阻碍内窥镜使用的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三维微型内窥镜，包括微型成像探头，微型成像探头包括可与外部样品正对的物镜，物镜上开有用于收集外部样品产生的荧光光子的前孔径，物镜连接有用于收集前孔径无法收集的荧光光子的光电检测器，光电检测器包括相互依次连接的滤光片、光电敏感单元和驱动单元，滤光片和物镜可同时正对外部样品；滤光片用于滤出背向反射和背向散射的荧光光子，电敏感单元用于将穿过滤光片的荧光光子转化为电信号，驱动单元用于对光电敏感单元提供高电压和驱动信号，并与外部放大电路和计算机相连。