精细手术器械可视化加工装置的研制

　　1　引　言

　　随着现代医学的发展,在显微镜下开展手术越来越普遍,这就需要精细加工的显微手术器械,如:显微手术钳类,剪类,镊类。加工这类精细器械技术要求较高,如:眼科手术镊,其头部有单齿,双齿,还有啮合角度要求,最严格的尺寸精度要求仅为0.04mm。目前该类器械的加工一般在目视显微镜下完成。它不但容易使人产生视觉疲劳,而且由于放大倍率和照明条件的限制,加工精度和工作效率都比较低。为此,在现有技术的基础上进行创新,设计研制了一种可视化操作和测量装置。采用高分辨力的CCD,通过视频线接至监视器,加工者直接观察监视器上的像进行操作,同时设置了测量用的分划板,可以方便地观测工件的外形尺寸和角度,随时对其修正,以达到技术指标要求。该装置大大提高了加工质量,减轻了操作者的疲劳程度,提高了劳动生产率。

　　2　光学系统简介

　　本装置由环形灯照明系统,显微镜观察系统,CCD摄像和分划板成像系统,以及分光棱镜组等五部分组成(见图1)。该装置主要有两个光路:一是工件成像光路,即工件经环形灯1照明后,通过大物镜2,分光棱镜组3,摄像物镜4,反射棱镜5成像于CCD靶面6上,并显示在监视器7的显示屏上;另一个是基准分划板成像光路,即基准分划板9经灯泡滤色片组8照明后,经投射物镜10,反射镜11,透射棱镜组12,分光棱镜组3,摄像物镜4,反射棱镜5也成像于CCD靶面上,这两个光路最后都是通过摄像物镜4,反射棱镜5一起成像在CCD的靶面上,再在监视器上显示。这样工件和分划板的像放大显示在监视器上,操作者不必在显微目镜下观察操作,直接观看显示屏即可[1]。

图1　光学系统图

1—环形灯;2—大物镜;3—分光棱镜组;4—摄像物镜;5—反射棱镜;6—CCD靶面;7—监视器;8—灯泡滤色片组;

9—基准分划板;10—投射物镜;11—反射镜;12—投射棱镜组;13—小物镜;14—转像棱镜;15—目镜。

　　环形灯始终照亮工件,分划板则通过后面的照明灯泡控制。如要测量时,打开照明,分划板的像和工件的像一同显示在显示屏上,只要移动工件即可测量其尺寸或角度,如果不要测量,关闭灯泡电源后,显示屏上只有工件的像,不影响加工。

　　该装置的附加光路为双目体视显微观察系统,工件由环形灯照明后经大物镜2,分光棱镜3,透射棱镜12,小物镜13,转像棱镜14成像在目镜15的焦平面上供双目观察[2]。

　　3　系统光学设计

　　根据系统的技术要求:工作距离s=190mm(大物镜焦距f′=200mm),要求两系统的放大倍率一致,即f摄像物镜/f大物镜=f摄像物镜/f分划板物镜,即f分划板物镜=f大物镜。出于放大倍率的考虑,f摄像物镜=300mm,成在CCD上的像的放大率为200/300=0.67。并通过1/4英寸CCD,15英寸监视器,在显示屏上得到的放大率50倍,即0.04mm的刻度线放大到2mm,这样基准分划板最低刻度线完全可以分辨清楚。