专利名称：近红外乳腺诊断仪中的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子医疗仪器中的光学系统，尤其是一种适用于诊断乳腺疾病的近红外乳腺诊断仪中的光学系统。
现有的利用强光透视乳腺的诊断仪器，大都包含以下四个部份光源、摄像机、监视器及控制器。这些诊断仪工艺成熟，型号较多。但有一点很大不足，即光源是可见光源。摄像机也是对可见光敏感的电视摄像机，它所依靠利用的光谱能量主要是在可见光区域而不是在红外或近红外光的区域。相反，为了滤去光源中会烫伤人体的中、远红外线，光路中都加有隔热玻璃，结果把近红外线也一并滤去，只剩下可见光。故现有的乳腺诊断仪，其中包括有些加上了“红外”称号的乳腺诊断仪，实际上只对可见光敏感。操作人员为避免室内可见光对诊断仪的干扰，都无例外地需要在暗室中操作。可是医生(大都是男性)诊断患者(往往是女性)时需反复挤捏乳房，黑暗中双方都深感不便。其次，光源和散热风扇都装在一个粗大笨重的发光筒中(俗称探头)，使用不便，且由于散热不良需要用两个发光筒交替使用。
本发明的目的是提供一种乳腺诊断仪中的近红外光学系统，它能使乳腺诊断仪真正只工作在近红外光谱区域，对中、远红外线和可见光都不敏感，医疗诊断人员可在室内明亮环境下操作使用，并能让影像更清晰。
本发明的光学系统由下述几个部份组成。
第一是近红外光源。它由发光组件、光导纤维和相应的紧固件组成。发光组件是带椭球面反光碗的特种灯泡及一片特种滤光片。该滤光片可滤去除紫光以外的所有可见光及中远红外光。组件的侧面有一微型风扇为其降温。灯泡的灯丝位于椭球面的一个焦点上，椭球面的另一个焦点上放有一根光导纤维的端面。根据光学原理，灯泡发出的光经滤光后将聚焦在光纤端面并进入光纤，然后从光纤另一头射出。由于大部份可见光及中远红外光被滤去，因而从出光纤中射出的光，绝大部份能量集中在波长750nm到1000nm之间，也即在近红外区域。另外还有一些波长415nm以下的紫光射出，它的强度与近红外光成正比，方向与近红外光相同，用来指示看不见的近红外光。由于该指示光是可见光谱中离近红外光最远的紫光，故它对近红外摄象机的影响最小。整个光源绝大部分与控制器一同装在主机箱内，只有柔软的光纤一头从主机箱中伸出，供医生手握使用。
摄像机中近红外镜头是本系统的第二个组成部份。基本结构是，在普通摄像机镜头前再加一片红外透镜，透射特性是仅让800nm以上的红外光通过，该红外透镜用带外螺纹的压圈固定在镜头前面。这样装上红外透镜的镜头，仅让红外光线进入摄像机。
本发明光学系统中第三部份是选购一种科研用的摄像机，要求它对近红外光相当敏感，而可以不考虑可见光兰紫光波段灵敏度，其感光范围是500nm至1200nm。市售一般摄像机要求对可见光各色光响应均匀，从而对红外光响应则较差，通常是350nm至800nm。
把以上三部分组合在一起，综合光学特性于是就成了感光范围是800nm至1000nm，成为一套真正的近红外光学系统。
本光学系统的优点是1．操作人员能在室内明亮环镜下操作诊断仪，解除了双方的顾虑。
2．因为乳腺的一般炎症、增生或良性肿瘤，通常稍改变组织密度而不改变元素的分布，但恶性肿瘤及周围增生的血管，不仅改变组织密度而且富集铁元素，因铁元素对波长930纳米左右的近红外光线能强烈吸收，故若用此近红外光作透视光源，癌组织及作为其特征的增生血管就会在明亮的背景上留上很深、对比度很好的影像。
3．由于近红外光波长较长故透射力较强，因此更易发现深部的乳腺病变。
4．能避免因中、远红外光有较强致热能力而引起患者被照部位升温发烫现象。
5．灯泡及散热、聚光装置都内置在主机里，医生只需手持又轻又细的光纤即可，使用方便。
6．由于光源内置空间不受限制，故能很好兼顾散热通风与漏光的矛盾。
以下用说明书附图对发明作进一步详述。
说明书附
图1为一般光透射型乳腺诊断仪结构框图。
说明书附图2为本发明近红外光乳腺诊断仪结构框图。
说明书附图3为主机中近红外光源组件主结构图。
说明书附图4为主机中近红外光源组件辅结构图，它是附图3的A向视图。
说明书附图5为摄像机中的近红外镜头结构示意图。
说明书附图6为上述各部分光谱透过率及光谱特性图。
图中标号(1)为监视器，(2)为控制器，(3)为普通摄像机，(4)为光源，(5)为带近红外光源的主机，(6)为近红外摄象机，(7)为光纤，(8)为灯座，(9)为特种灯泡，(10)为未滤色的光线，(11)为椭球面反光碗，(12)为压圈，(13)为光具座，(14)为通风口，(15)为复合滤光片，(16)为滤色后的光线，(17)为光纤端面，(18)为主机壳体，(19)可拆卸光纤接头，(20)为手握出光头，(21)为灯丝，(22)为微型电风扇，(23)为镜头C型螺纹接口，(24)为镜头外壳，(25)为透镜组，(26)为红外透镜，(27)为镜头压圈。
在图1中显示器(1)、普通摄象机(3)和发光筒(4)都有电源线与控制器(2)相连，另外显示器(1)和普通摄象机(3)有信号线相连。
在图2中，本发明主要的特点是光源经滤光后成了带紫色指示光的近红外光；光源组件移进了主机箱(5)中，只伸出光纤(7)供使用。再者就是普通摄象机镜头前加了近红外透镜变成了近红外摄象机(6)。
图3和图4是光源组件实施例结构图。灯座(8)、特种灯泡(9)和椭球面反光碗(11)组装在一起，用两个带外螺纹的压圈(12)装在具有内螺纹的光具座(13)的一侧。光具座(13)顶部和两侧开有通风孔(14)，特制的复合滤光片(15)被另两个压圈(12)固定在光具座(13)的另一侧。特种灯泡(9)通常用卤素灯泡，它的灯丝(21)发出的光线(10)经复合滤光片(15)滤色后成了带紫色指示光的近红外光(16)，射入可拆卸光纤接头(19)中光纤(7)的端面(17)，经光纤(7)传导，从手握出光头(20)射出。由于复合滤光片(15)大量吸收中、远红外光，温度很高，需用微型电风扇(22)强制风冷。
附图5中，商品摄象机镜头的透镜组(25)前方加上红外透镜(26)，它用镜头压圈(27)压紧。外界光线经红外透镜(26)滤色后被滤去一切可见光，仅剩红外光进入摄像机。
下面说明系统的光谱特性。附图6是发明人已实现的一个系统的光谱特性图。附图5的横坐标是波长，单位nm，纵坐标在6(a)和6(b)中是透过率T，在6(c)、6(d)、6(e)中是光谱响应A，都用百分比表示。
说明书附图6(a)是近红外光源中复合滤光片(15)的透过率曲线。复合滤光片(15)将波长为415nm至750nm的可见光及波长为1000nm以上的中、远红外光大部份滤去，从而使其发出的光能量主要分布在近红外光谱段，也即波长750nm至1000nm之间。另外，滤色后的光线中也还有波长为415nm以下的紫光存在。
图6(b)是摄像机用的近红外镜头中的红外透镜(26)的透过率曲线。红外透镜(26)仅让波长800nm以上的近红外光进入摄像机。
图6(c)是某型科研用的摄像机光谱响应曲线。可以看出其感光范围达到近红外波段，即波长响应达到1200纳米。
图6(d)明确表明了用本发明光学系统组成的近红外乳腺诊断仪，由于光源和各种滤光片及感光体综合作用，其总体感光范围在800纳米至1000纳米之间，可见真正形成了近红外光摄像系统。
图6(e)为某种市售乳腺“红外”诊断仪光谱特性，它实际工作在可见光范围，因为首先其“冷光源”很少含近红外光，而普通摄像机要求对可见光波段各色响应尽可能均匀，为提高兰紫光段响应，故近红外光波段响应较差，镜头前也就未加红外透镜。综合起来，该系统只是一个可见光摄像系统。
权利要求
1.一种近红外乳腺诊断仪中的近红外光学系统，它包括a由光纤(7)、灯座(8)、特种灯泡(9)、椭球面反光碗(11)、压圈(12)、光具座(13)、通风口(14)、复合滤光片(15)、壳体(16)、可拆卸光纤接头(17)、手握出光头(18)、微型电风扇(20)构成的近红外光源(5)b由镜头C型螺纹接口(21)、镜头外壳(22)、透镜组(23)、红外透镜(24)、镜头压圈(25)构成的近红外摄像机(6)中的近红外镜头；其特征是椭球面反光碗(11)卡在光具座(13)内侧，其前面是通风口(14)，通风口(14)前面为复合滤光片(15)，特种灯泡的灯丝与光纤的一端分别处于椭球面的两个焦点上；b近红外摄像机(6)中的近红外镜头其外侧为镜头压圈(25)，其内侧分别顺序为红外透镜(24)，透镜组(23)。
全文摘要
本发明提供一种适用于近红外乳腺诊断仪中的光学系统。它包括由灯座、特种灯泡、椭球面反光碗、压圈、光具座、复合滤光片、主机壳体、可拆卸光纤接头、光纤、手握出光头和微型电风扇构成的近红外光源的主机;由镜头C型螺纹接口、镜头外壳、透镜组、红外透镜、镜头压圈构成的近红外摄像机中的近红外镜头;特种科研用的对近红外光敏感的摄象机。其最大特点是使诊断仪只对近红外光十分敏感,因而医疗诊断人员可在室内明亮环境下操作诊断,使医疗人员及患者尤其是女性患者带来方便,并使诊断仪影象更清晰。
文档编号A61B6/00GK1306800SQ0010175
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月21日 优先权日2000年1月21日
发明者邢刚 申请人:邢刚