一种荧光影像探头以及手持影像探测器的制作方法

1.本技术涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种荧光影像探头以及手持影像探测器。


背景技术：

2.分子影像是指在细胞和分子水平上对生物体进行无损的探测并进行成像，如核磁共振、pet、超声以及光学分子成像。作为其中重要的一种成像模态，光学分子影像凭借低成本、高通量、非侵入、非接触、非电离辐射、高灵敏度、高特异性等优势已经成为了研究热点。激发荧光分子成像技术是光学分子影像的一个重要的分支，它使用外部光源激发生物体内的荧光标记物，得到激发后的荧光标记物发射出近红外波段的荧光，使用高灵敏度的探测器接受荧光信息并形成荧光图像。
3.适用于开放式手术的影像系统有的体积较大、配备悬挂自平衡臂，这类系统通常具有笨重、不易移动、观察角度受限、可能影响开放手术中医生操作的缺点；近几年针对这一问题出现了更为便携、轻量化的手持式的开放手术影像系统，这类系统或采用镜头侧面倾斜照射的激发光照明方案，或采用环形led环绕镜头的照明方式，或采用导光系统将激光以连续环形的方式环绕镜头导出进行照明，因为工作距离较近时光源本体形状出现，无法覆盖整个视野；较远时光束偏移中心均匀区域，视野内激发光功率密度覆盖不均匀，所以现有技术中的照明方式都存在有效工作距离有限的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种荧光影像探头以及手持影像探测器，使得入射光束与图像检测器同轴设置，能够拓宽荧光影像探头的工作距离，提高荧光影像探头的成像质量。
5.本技术的实施例一方面提供了一种荧光影像探头，包括二向色镜和图像检测器，二向色镜与入射激发光的主光轴方向呈45
°
夹角设置，入射激发光经二向色镜反射至目标检测位置，反射的入射激发光在目标检测位置激发荧光物质形成荧光，荧光的主光轴与图像检测器同轴设置，荧光透过二向色镜入射图像检测器，图像检测器将接收到的荧光转换为图像信号。
6.作为一种可实施的方式，入射激发光由激光器出射并通过光纤传输至二向色镜，在光纤的出光侧还设置有匀光镜组，匀光镜组包括依次设置的发散元件和匀光镜片，发散元件用于扩散入射激发光的发散角，匀光镜片用于匀化扩散后的入射激发光。
7.作为一种可实施的方式，匀光镜组中的设置参数满足以下关系式：
其中，为激光出射点与发散元件之间的距离，为匀光镜片与发散元件之间的距离，为光纤出光侧入射激发光的半发散角，为发散元件半发散角，为光纤的直径，d为发散元件的通光孔径，d为光纤的出光侧与发散元件之间的距离。
8.作为一种可实施的方式，在二向色镜的出光侧还设置有光学适配器，荧光透过二向色镜，在二向色镜的出光侧经光学适配器会聚后入射图像检测器。
9.作为一种可实施的方式，荧光影像探头还包括设置在光纤入光侧的补光源，补光源用于出射白光，光纤的出光侧还依次设置有二向色元件和长波通滤光元件，二向色元件的反射侧还设置有导光束，导光束向远离二向色元件的方向延伸并绕设在荧光影像探头的出光口，补光源出射的光束在光纤内传播后入射二向色元件并反射入导光束，以在荧光影像探头的出光口形成环形照明，入射激发光透过二向色元件和长波通滤光元件后入射二向色镜。
10.作为一种可实施的方式，在二向色镜的出光侧设施有第一滤光片，用于滤除出射的荧光中的散射光。
11.作为一种可实施的方式，在二向色镜的反光侧依次间隔设置有第一平面反射镜和第二平面反射镜，第一平面反射镜与二向色镜垂直，第二平面反射镜与第一平面反射镜之间具有预设夹角，预设夹角的角度在15
°‑
35
°
之间，经过二向色镜反射后的入射激发光再一次经过第一平面反射镜和第二平面反射镜的反射后出射。
12.作为一种可实施的方式，在图像检测器的接收侧还设置有分光棱镜和第二滤光片，分光棱镜将荧光中的白光分离并通过第二滤光片滤除。
13.作为一种可实施的方式，荧光影像探头还包括第一壳体，第一壳体内形成有相互垂直的入光通道和传光通道，二向色镜固定设置于入光通道和传光通道的交汇处，且二向色镜与床光通道呈45
°
夹角，光纤伸入入光通道以使入射激发光的主光轴与二向色镜呈45
°
夹角。
14.作为一种可实施的方式，荧光影像探头还包括设置在光学适配器外周的第二壳体，光学适配器包括会聚元件，会聚元件与第二壳体的内侧壁固定连接。
15.作为一种可实施的方式，所述第一壳体与所述第二壳体可拆卸连接。
16.本技术的实施例另一方面提供了一种手持影像探测器，包括上述荧光影像探头，以及与荧光影像探头的图像检测器连接的图像显示件，图像显示件接收图像检测器的图像信号并显示。
17.本技术实施例的有益效果包括：本技术提供的荧光影像探头，包括二向色镜和图像检测器，二向色镜与入射激发光的主光轴方向呈45
°
夹角设置，入射激发光经二向色镜反射至目标检测位置，反射的入射激发光在目标检测位置激发荧光物质形成荧光，荧光的主光轴与图像检测器同轴设置，荧光透过二向色镜入射图像检测器，使得荧光影像探头在任何工作距离时，均具有较好的成像质量，图像检测器将接收到的荧光转换为图像信号，能够拓宽荧光影像探头的工作距离，提高荧光影像探头的成像质量。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的结构示意图之一；图2为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的光路图；图3为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的爆炸图；图4为本技术实施例提供的一种匀光镜组的示意图；图5为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的截面图；图6为本技术实施例提供的一种光学适配器的结构示意图；图7为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的结构示意图之二；图8为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的结构示意图之三；图9为本技术实施例提供的一种荧光影像探头的结构示意图之四。
20.图标：10-荧光影像探头；11-二向色镜；12-图像检测器；13-匀光镜组；131-发散元件；132-匀光镜片；14-第一滤光片；151-二向色元件；152-长波通滤光元件；153-导光束；161-第一平面反射镜；162-第二平面反射镜；163-分光棱镜；164-第二滤光片；17-第一壳体；18-第二壳体；19-光学适配器。
具体实施方式
21.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一
体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.肿瘤手术的荧光影像设备已成为精准医疗中的研究热点。现有的荧光影像导航设备按照用途基本分为两类：适用于开放式手术的影像导航系统和适用于微创式手术的内窥镜荧光影像系统。
28.本技术提供了一种荧光影像探头10，如图1、图2、图3和图5所示，包括二向色镜11和图像检测器12，二向色镜11与入射激发光的主光轴方向呈45
°
夹角设置，入射激发光经二向色镜11反射至目标检测位置，反射的入射激发光在目标检测位置激发荧光物质形成荧光，荧光的主光轴与图像检测器12同轴设置，荧光透过二向色镜11入射图像检测器12，图像检测器12将接收到的荧光转换为图像信号。
29.荧光影像探头10的具体光路如图3所示，光纤内的入射激发光的主光轴与二向色镜11的夹角呈45
°
夹角设置，二向色镜11具有二向色性，对于特定波长的光束完全反射，而对于其他波长的光束完全透射，本技术实施例中的二向色镜11，能够反射入射激发光的波长的光，而当入射激发光激发荧光物质形成荧光时，荧光的波长改变，能够完全由二向色镜11透射，当入射激发光入射二向色镜11时发生反射并沿直线传播至目标检测位置，与目标检测位置处的荧光物质发生反应并出射荧光，荧光沿入射激发光的反方向出射，并透过二向色镜11入射至图像检测器12，图像检测器12将接受到的荧光转换为图像信号工操作者查看。
30.荧光的主光轴与图像检测器12同轴设置，而荧光与经过二向色镜11反射的入射激发光的传播方向相反，使得经过二向色镜11反射的入射激发光与图像检测器12同轴设置，使得荧光影像探头10在任何工作距离时，均具有较好的成像质量。
31.其中，图像检测器12的具体结构本技术实施例不做限制，只要能够将光信号转换为图像信号即可，示例的，可是将图像检测器12设置为光敏检测件和图像处理件，光敏检测件接收荧光并将荧光转换为电信号，图像处理件接收电信号并将电信号转换为图像信号。其中，光敏检测件可以是cmos相机，也可以是ccd相机。
32.由于光敏检测件需要接收荧光，所以需要将光敏检测件设置的距离二向色镜11预定距离处，为了能够充分利用空间，可以将光敏检测件设置在手柄的内部。
33.本技术提供的荧光影像探头10，入射激发光经二向色镜11反射至目标检测位置，反射的入射激发光在目标检测位置激发荧光物质形成荧光，荧光的主光轴与图像检测器12同轴设置，荧光透过二向色镜11入射图像检测器12，使得荧光影像探头10在任何工作距离时，均具有较好的成像质量，图像检测器12将接收到的荧光转换为图像信号，能够拓宽荧光影像探头10的工作距离，提高荧光影像探头10的成像质量。
34.可选的，如图3所示，入射激发光由激光器出射并通过光纤传输至二向色镜11，在光纤的出光侧还设置有匀光镜组13，匀光镜组13包括依次设置的发散元件131和匀光镜片132，发散元件131用于扩散入射激发光的发散角，匀光镜片132用于匀化扩散后的入射激发光。
35.其中，发散元件131用于扩散入射激发光的发散角，使得扩散后的发散角略大于图像检测器12的视场角，从而使得扩散后的入射激发光在二向色镜11处的发散角大于图像检
测器12的视场角，当入射激发光激发形成荧光后，荧光的发散角大于图像检测器12的视场角，这就使得无论工作距离远近，荧光能始终刚好覆盖（或略大于）图像检测器12的视场角，能够拓宽荧光影像探头10的工作距离，提高荧光影像探头10的成像质量。
36.发散后的发射激发光中的能量不均匀，为了使得入射激发光能量均匀，在发散元件131的出光侧设置匀光镜，匀光镜片132用于匀化扩散后的入射激发光，使得发散后的发射激发光中的能量均匀。
37.其中发散元件131的具体结构本技术实施例不做限制，示例的，可以如图3所示的一个凸透镜，也可以是一组相互配合的透镜组。匀光镜片132可以采用毛玻璃结构的匀光片。
38.为了使得荧光能始终刚好覆盖（或略大于）图像检测器12的视场角，如图4所示，匀光镜组13中的设置参数满足以下关系式：其中，为激光出射点与发散元件131之间的距离，为匀光镜片132与发散元件131之间的距离，为光纤出光侧入射激发光的半发散角，为发散元件131半发散角，为光纤的直径，d为发散元件131的通光孔径，d为光纤的出光侧与发散元件131之间的距离。
39.可选的，如图6所示，在二向色镜11的出光侧还设置有光学适配器19，荧光透过二向色镜11，在二向色镜11的出光侧经光学适配器19会聚后入射图像检测器12。
40.激光激发目标位置处荧光物质形成荧光后，荧光的发散角通常较大，在二向色镜11后形成的像也较大，为了能够接受所有荧光，势必要设置较大的光敏检测件，这样并利于荧光影像探头10的集成化和小型化，为了在较小的光敏检测件的情况下，实现接收全部的荧光，本技术实施例在二向色镜11的出光侧设置光学适配器19，光学适配器19对荧光进行会聚后减小了荧光的发散角，使得在图像检测件上形成的像较小，从而减小了图像检测器12的尺寸。
41.其中，会聚元件的具体形式本技术实施例不做限制，只要能够对激光发起到会聚作用即可，示例的，可以设置一个凸透镜，也可以如图6所示，设置一组透镜。
42.本技术实施例的一种可实现的方式中，如图7所示，荧光影像探头10还包括设置在光纤入光侧的补光源，补光源用于出射白光，光纤的出光侧还依次设置有二向色元件151和长波通滤光元件152，二向色元件151的反射侧还设置有导光束153，导光束153向远离二向色元件151的方向延伸并绕设在荧光影像探头10的出光口，补光源出射的光束在光纤内传播后入射二向色元件151并反射入导光束153，以在荧光影像探头10的出光口形成环形照明，激发光透过二向色元件151和长波通滤光元件152后入射二向色镜11。
43.在一般的手术中，通常采用无影灯作为照明，但是，在采用荧光影像手术中，由于涉及激光激发荧光形成荧光的过程，而无影灯中含有荧光波段的成分，会对形成的荧光造成干扰，为了避免无影灯对荧光造成干扰，在采用荧光影像手术中，通常会关闭无影灯，致
使手术过程中没有照明光源，本技术实施例在荧光影像探头10内设置补光源，补光源出射的光为白光，可以为手术的视野照明。
44.具体的，补光源设置光纤的入光侧使得激发光与白光束公用同一光纤，在光纤的出光侧依次设置有二向色元件151和长波通滤光元件152，光纤出射的白光光束经过二向色元件151的反射后入射导光束153，导光束153向远离二向色元件151的方向延伸并绕设在荧光影像探头10的出光口，以将白光光束传导至荧光影像探头10的出光口，在荧光影像探头10的出光口形成环形照明。
45.另外，由于补光源出射的白光光束与激发光的波长不同，二向色元件151能够反射白光光束而能够透射激发光，激发光透光二向色元件151和长波通滤波元件后入射二向色镜11，使得二向色元件151不会影响激发光的传输，而且长波通滤光元件152还能够将混入激发光中的白光滤除，避免了白光影响激光对激光的传导和成像伪影的影响。
46.可选的，在二向色镜11的出光侧设施有第一滤光片14，用于滤除出射的荧光中的散射光。
47.本领域技术人员应当知晓，在荧光透过二向色镜11传到至图像检测器12时，有时会发生瑞利散射，导致荧光不能准确的反馈目标检测位置处的情况，为了滤除瑞利散射，本技术实施例在二向色镜11的出光侧设施有第一滤光片14，用于滤除出射的荧光中的散射光，从而提高对荧光成像的特异性和对微弱荧光的敏感性。
48.本技术实施例的一种可实现的方式中，如图8所示，在二向色镜11的反光侧依次间隔设置有第一平面反射镜161和第二平面反射镜162，第一平面反射镜161与二向色镜11垂直，第二平面反射镜162与第一平面反射镜161之间具有预设夹角，预设夹角的角度在15
°‑
35
°
之间，经过二向色镜11反射后的激发光再一次经过第一平面反射镜161和第二平面反射镜162的反射后出射。
49.因为荧光与图像检测器12同轴设置，当图像检测器12包括光敏检测件，且光敏检测件设置于手柄中时，使得荧光与手柄平行，在此基础上，当荧光影像探头10观察竖直方向的目标位置时，需要操作者手腕翻转较大的角度，从而增加操作者的操作难度，长时间握持会增加操作者的疲劳度，本技术实施例在二向色镜11的反光侧设置有第一平面反射镜161和第二平面反射镜162，第一平面反射镜161与二向色镜11垂直，第二平面反射镜162与第一平面反射镜161之间呈15
°‑
35
°
之间11，由二向色镜11出射的水平方向的激发光经过第一平面反射镜161反射后，转折90
°
形成竖直方向的激发光入射第二平面反射镜162，第二平面反射镜162对竖直方向的激发光反射后出射，因为第二平面反射镜162与第一平面反射镜161之间呈15
°‑
35
°
之间使得激发光向斜下方出射，采用两个平面反射镜使得出射的激发光与视野同轴并与水平方向夹角在20
°‑
60
°
之间，从而降低操作难度和减轻手长时间握持的疲劳度，另外，成像经过两次镜像后相互抵消，所得像与实物的上下左右方向一致，方便观察。
50.可选的，如图9所示，在图像检测器12的接收侧还设置有分光棱镜163和第二滤光片164，分光棱镜163将荧光中的白光分离并通过第二滤光片164滤除。
51.由前述可知，为了给手术提供照明，设置补光源，补光源发出白光，在曝光的传输中，不可避免的会传输至图像检测器12上，被图像检测器12接收，从而影响荧光对目标检测物的准确传输，为了避免上述情况的发生，本技术实施例在图像检测器12的接收侧还设置有分光棱镜163和第二滤光片164，分光棱镜163将荧光中的白光分离并通过第二滤光片164
滤除，从而避免白光入射图像检测器12影响荧光对目标检测物的准确传输。
52.本技术实施例的一种可实现的方式中，荧光影像探头10还包括第一壳体17，第一壳体17内形成有相互垂直的入光通道和传光通道，二向色镜11固定设置于入光通道和传光通道的交汇处，且二向色镜11与床光通道呈45
°
夹角，光纤伸入入光通道以使入射激发光的主光轴与二向色镜11呈45
°
夹角。
53.为了使得固定二向色镜11、第一滤光片14与光纤的位置，提高荧光影像探头10的稳定性，本技术实施例将二向色镜11、第一滤光片14与光纤设置于同一壳体内，从而使得荧光影像探头10模块化，便于更换或者拆卸。
54.另外，为了提高荧光影像探头10使用安全性和使用寿命，可以在入光通道的两端分别设置高透过率的光学玻璃，避免外界的杂物落入对内部的部件造成损坏，起到保护荧光影像探头10的作用。高透过率的光学玻璃具有较高的透过率，不会对激光、荧光的白光的传输造成影像。
55.可选的，如图6所示，荧光影像探头10还包括设置在光学适配器19外周的第二壳体18，光学适配器19包括会聚元件，会聚元件与第二壳体18的内侧壁固定连接。为了光学适配器19的稳定性，设置第二壳体18，会聚元件与第二壳体18的内侧壁固定连接。
56.本技术实施例的一种可实现的方式中，第一壳体17与第二壳体18开拆卸连接。
57.在实际应用中，在有些手术中既需要开放式的荧光影像设备，也需要内窥式的荧光影像设备，即一台设备能实现在开放式和内窥式之间便捷地切换，实现一机两用的需求，本技术实施例将第一壳体17与第二壳体18可拆卸连接，当需要切换至内窥式时，只要将第一壳体17与第二壳体18拆卸，并在第二壳体18与第一壳体17的连接端连接内窥镜即可，从而适应同一手术中对多种术式的灵活需求。
58.其中，第一壳体17和第二壳体18的连接方式本技术实施例不做限制，示例的，可以采用螺纹连接，卡扣连接，内窥镜和第一壳体17的连接端应当为同样的结构，才能够分别于第二壳体18的连接端连接。
59.本技术实施例还公开了一种手持影像探测器，包括上述荧光影像探头10，以及与荧光影像探头10的图像检测器12连接的图像显示件，图像显示件接收图像检测器12的图像信号并显示。该手持影像探测器包含与前述实施例中的荧光影像探头10相同的结构和有益效果。荧光影像探头10的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
60.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。