医疗器械概论

医用光学技术与仪器
眼科光学仪器 显微镜 医用内窥镜 医用激光仪器 红外热像仪
1 眼科光学仪器
眼科光学仪器属于精密光学仪器，主要有眼底 照相机、视野仪、验光仪、眼压仪、角膜曲率仪、 裂隙灯显微镜等。现代眼科光学仪器的名称大都 在原名称之前加上“电脑”二字，在传统的光学 观察系统基础上加上电视摄像及微机自动控制、 处理系统，能进行程序自动控制、电视图像显示、 计算机图像处理、数据测算及分析、参数显示及 打印报告及资料存档等功能。除此之外，一些新 型的光学仪器也不断出现，如近年出现的利用共 焦扫描激光技术对眼底成像的"激光眼底扫描照机"。
利用眼底照相机可获得眼底血管荧光 造影像。由前肘静脉注射荧光素钠造影剂 10~15秒之后，眼底血管即可依照先动脉， 后静脉，而后脉络膜血管的顺序显示荧光。 用连续摄影机拍摄其过程，从而对眼底血 管性状、眼底视网膜病变做出诊断。
1.2 激光眼底扫描成像
该系统采用共焦扫描激光(Confocal Scanning Laser)技术对眼底进行成像，通 过计算机分析，绘制出视盘表面的三维 地形图。所以，此类仪器又叫扫描激光 眼底地形图仪、视网膜层面分析仪、视 神经图像处理系统等。
手术显微镜结构形式很多，有可移动式 及固定式两大类。可移动式又有立柱式和夹 持式两种，固定式又有吊式、墙式、桌式等 多种。手术显微镜的组成由观察系统、照明、 支架及照相、电视摄像显示系统组成。其中 观察系统有两支独立的光路以一定的夹角对 物体成像，所以从两个目镜观察到的是立体 像。照相机或电视摄像系统通过光学接口与 手术显微镜相连，在电视监视器上显示手术 情况，可供多人共览、会诊、教学科研及录 像机记录存档。
M m q
Magnification
如：一台投影仪
1000mm
35 mm slide 24x35 mm
1000 mm M = 35 mm = 28
p
投影出去的图像是我们人眼在 250mm处看到图像的28倍 如果我们用一个10倍的放大镜观察投影图像，我 们可以得到一个280倍的图像，但我们减少10倍的 视场范围。
眼底照相机是用来观察和记录眼底——视网 膜状况的光学仪器，它将眼底以黑白或彩色照片 的形式保存下来，是眼科医生的主要诊断工具。 现代眼底照相机装有微机及电视图像系统，可在 电视监视器屏幕上显示眼底图像，供多人同时观 察及动态记录 (录像)。
(1)照相系统：由接目物镜、补偿透镜组、成像系统、 分 光棱镜及35mm照相机组成。 (2)观察瞄准系统：由分光棱镜、反射镜、分划板及 观察目镜组成的光路。 (3) 照明系统。 (4) 机架、调节机构及操纵手柄。 (5) 电视图像系统及电脑系统，在观察目镜位置装有 CCD摄像机，并由5” 单色监视显示图像。微电脑 系统可在屏幕上完成测算功能。此外微电脑还能 自动决定摄影条件，在荧光摄影时能自动插入滤 色镜。
1.5 电脑眼压仪
老式的眼压仪是一种带有仪表指示 的机械装置。现代眼压仪由微机控制， 测量探头上带有压力传感器，压力信号 经放大由A/D转换为数字信号，由微机处 理后显示出4分钟的眼压变化曲线，依据 此曲线可判定房水生成、排出量以及眼 压的水平，用以判定有无早期青光眼。 因为眼内房水循环失调则导致眼内压异 常，从而发生青光眼。
医疗器械概论
医学光学仪器
医用光学技术与仪器
医用光学仪器主要有眼科光学仪器、显微镜、医 用内窥镜和医用激光仪器四大类。眼科光学仪器主要有 眼前部、眼压、眼底、视野等多种检查仪器，特别是微 电脑及电视图像技术的应用，使传统的眼科光学仪器得 以迅速地更新换代。显微镜最早应用在医疗中，现代手 术显微镜配备了电视图像系统，称为显微外科电视系统。 医用内窥镜是随着光导纤维的出现而发展起来的，广泛 应用于消化道、泌尿科、肺科、妇科、五官科、骨科中 的诊断和治疗。装有CCD摄像机及电视图像系统的内窥 镜又称电子内窥镜，可实时地显示脏器内的黑白或真彩 色图像。医用激光仪器主要有CO2、氦氖、YAG及新发 展起来的半导体激光器四大类型，主要用于治疗，其次 用于诊断。
显微镜原理与结构
显微镜的光学参数----放大率 • 放大率 是指物体经物镜、目镜两次成像后眼睛所 能看到像的大小对原物体大小的比值。
• 显微镜配有放大倍数不同的物镜和目镜，各厂家 均已在物镜和目镜上标出各自的放大倍数，两者 相乘即可。 • 如在双目镜或三目镜筒内增加棱镜，有的棱镜也 有放大倍数，因此显微镜的总放大率应加以考虑。
视野仪用以测定视区范围及某 视区有无功能损害。 视野仪已由早期的弧形动态视 野仪而发展的微机程序控制静态自 动视野仪。电脑视野仪在球形屏幕 积分球的白色背景上，分布有不同 亮度梯度的光刺激点。这些光刺激 点用发光二极管或导光纤维制作， 在微机控制下显示不同的亮度梯度， 给眼以刺激。根据病人分辨这些刺 激点的多少及亮度梯度，可自动打 印出视野范围的大小、功能缺损的 部位及缺损的程度，定量显示出二 维视野状态，进一步有三维立体定 量显示视野改变的结果。
1.3 电脑视野仪
1.4 电脑角膜曲率仪
角膜的曲率是影响眼屈光状 态的重要因素。配戴角膜接触 镜、白内障术后置入人工晶体 的度数的选择，以及近视眼手 术放射状角膜切开等都需要测 定角膜曲率。 角膜曲率计是利用角膜的 反射性质来测量角膜曲率半径 的。在角膜前的一特定位置放 一特定大小的物体，该物体经 角膜反射后产生像，测量此像 的大小即可计算出角膜前表面 的曲率半径。
2.软性内窥镜 软性内窥镜出现于20世纪50年代 光纤出现以后，它以柔韧的光纤传导 光源和影像，称为光导纤维内窥镜。 主要种类有胃肠镜、肺镜、肾结石镜 等。
光导纤维内窥镜分 头端(医生手持操纵端)、 远端(插入脏器端)及弯曲 部分三部分组成。弯曲 部分是密封的软性套管， 内有两种光导纤维光束， 导光束和传像束，它们 都是由3万~5万根光导纤 维组成的光导纤维束。 导光束用于照明，它将 来自光源的 光传输到内窥镜的末端以照明视场。导光束一般有两个， 两端都安装有导光透镜。传像束有一个，远端装有物镜， 头端装有目镜，传像束的每根光导纤维在内窥镜头尾两 端的相对位置总是一致的，因此在目镜上重建一幅拼成 的图像的位置不会混乱。
N A n sin
• 干物镜的数值孔径始终小于1， 浸液（水、油）物镜增大n值， β值，结果增大数值孔径值 。
数值孔径
• Resolving power is directly related to numerical aperture. 分辨能力直接与数值孔径有关 • The higher the NA the greater the resolution数值孔径越 高，分辨能力越强。 • Resolving power:分辨能力 a
1.1 眼底照相机
（1）眼球 （2）接目物镜 （3） 中空反射镜 （4）补偿透镜组 （5）成像物镜组（6）分光棱镜 （7）照相机胶片 （8）反射镜 （9）分划板 （10）目镜（11） 观察者或电视摄像机 （12）集光 镜 （13）环形光阑 （14）观察 照明白炽灯（15）聚光镜 （16） 聚光镜 （17）照相闪光灯
一般来说，内窥镜套管还有1~2个 工作钳道，以便插入外科器械；另外还 有送气/送水孔道，以清洗镜面和充气 及清洗操作部位。内窥镜头端部有操纵 件，可操纵插入管远端的弯曲头能上、 下、左、右四个方向强烈弯角，以便观 察脏器内的任何位置 (不同用途的内窥 镜，远端结构不一样)。
医用内窥镜按结构可分为四类： 1.硬性内窥镜 硬性内窥镜的发展已经历了漫长的历史。 早在1795年Bozzine就首次制造出一个以烛光为 光源的硬件内窥镜，可观察到直肠和子宫内腔。 硬性内窥镜以金属管为外壳，内装有物镜，目 镜、棱镜、反光镜等光学元件的硬性直管性内 窥镜。其种类主要有腹腔镜、宫腔镜、尿道膀 恍镜、关节镜、胸腔镜、脑颅镜、直肠镜、鼻 窦镜等。
基本结构：
1、观察系统：包括小物镜和大物镜两种。其作用是为了形成立体像 ，必须有两支？独立对物体成像，供双眼观察。 2、照明系统：要满足足够的物面照度。 ３、支架系统：能稳定地完成机械工作。
Neurosurgery
内窥镜
ENDOSCOPY内窥镜
Endoscopy, is the examination of internal body cavities using a specialized medical instrument called an endoscope.内窥镜是用来 检测人体内腔道的特殊 医疗仪器。 Physicians use endoscopy to diagnose, monitor, and surgically treat various medical problems.病理学 家使用内窥镜诊断，监 测和手术处理各种医学 问题。
显微镜原理与结构
显微镜的光学参数
• 镜检时，我们希望能看到反差适度、清晰明了的理想图像。 这不仅要求所观察的标本适于某种显微镜的镜检方法，同时 也要求将显微镜的各项技术性能充分发挥出来。 • 光学显微镜主要的技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大 率＼焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离和图像亮度与视场 亮度等。这些参数在观测过程中必须达到最佳状态。 • 各项技术参数使用过程中彼此之间既相互联系又相互制约， 每个参数都有其自身的合理界限。在使用时，应根据镜检的 目的和实际情况加以协调，以适应最佳分辨率为准绳，争取 达到最好的镜检效果。
The ability of an objective to resolve two distinct lines very close together 物镜分辨两个非常接近的两条线的能力
a = 0.61λ/n sin u
– (n=the lowest refractive index between the object and first objective element) (hopefully 1) –
u is 1/2 the angular aperture of the objective
A
m
Light cone
NA=n(sin m) (n=refractive index)
6.2 手术显微镜
(显微外科电视系统)
手术显微镜的产生和手术 水平的提高形成了一门崭新 的学科 — 显微外科。显微外 科应用手术显微镜进行精细 的手术（如小血管的对接缝 合），被广泛地应用于眼科、 耳鼻喉科、外科、妇科、整 形外科中。 传统的手术显微镜是双 目立体显微镜，观察时有立 体感，以保证手术精确顺利。 放大倍数1.6~80倍可变，有 足够大的工作距离 (9cm~40cm)，物镜视场较大 (通常l5mm~40mm)。现代手 术显微镜上装有电视图像系 统，又称为显微外科电视系 统。
共焦扫描技术可在1秒内，对视盘表面 1~3mm的深度范围内，进行32个层面的共焦扫 描，每个层面采集256×256个数据点。在某一 层面上，如处于共焦点部位的反射成像是清晰 的，这个扫描层面也就是此共焦部位的高度， 未处于共焦的部位不能成像。通过32个层面的 扫描及计算机图像处理，就可给出视盘表面的 三维地形图，并计算出有关参数。 视盘的改变是青光眼的早期诊断唯一的客 观指标。近年又出现了利用相交的激光偏振光 扫描视网膜神经纤维层的视神经纤维分析仪， 对于青光眼的早期诊断更有用。
显微镜原理与结构
显微镜的光学参数----孔径角
• 孔径角(镜口角)，是物镜光
轴上的物体点与物镜前透镜 的有效直径所形成的角度。 孔径角越大，物镜的光通量 就越高。 它与物镜前透镜的有效直 径成正比，但与焦点的距离 成反比。
显微镜原理与结构
显微镜的光学参数----数值孔径
• 数值孔径：物体与物镜间媒 质的折射率n与物镜孔径角的 一半β的正弦值的乘积。
显微镜原理与结构
1.6光学显微镜的成像原理
物体AB发出的光线经物镜O1放大后成一源自文库立实像A′B′，再经 目镜O2放大后，就可以获得一个经两次放大的倒立虚像A ″ B″，该虚像成在观察者的明视距离处。
显微镜原理与结构
光学显微镜的成像原理
显微镜的成像光路如图， 它通过目镜、物镜等光学器 件构成放大光路，而使所得 虚像A"B"的距离恰好等于人 眼的明视距离——250毫米， 以获得将标本放大10～200倍 的可见影像。