医用硬性内窥镜边缘光效评价方法研究

　　0　引言

　　医用硬性内窥镜是作用于人体腔内的诊查和手术的医疗器械.人体腔内周边组织环境复杂,对于大视场的内窥镜系统而言,多次余弦效应会使像方视场边缘光亮降低,视场中心的定向光反射易使腔内边缘组织信息无法获悉,或者视场中心光亮饱和失去医疗中心区域的视觉.腔内手术时,手术器械和内治疗设备易失去把握,这对于具复杂组织情况的人体腔而言,充满危险.内窥镜自体边缘光效的控制不能忽视.国内外内窥镜专业人士仅局限于产品的技改技巧,有关改善边缘光过弱的技术研究没有系统开展,未形成边缘光效的评价方法.现有ISO 8600“光学和光电技术—医用内窥镜和内治疗设备”系列标准中尚没有该方面的内容.鉴于此,本文通过辐射传递特性的分析,建立了医用硬性内窥镜自体照明和成像两光路的边缘光效表达式、外部作用的边缘光效通式,并在设定球面Z为理想漫射面的基础上,导出最终的边缘光效计算通式和测试方法.

　　1　原理和定义

　　边缘光效定义为内窥镜光能传递的轴外光度量与轴上光度量比较的效果,以轴外和轴上光度量之比表示.内窥镜临床工作视场可用一个视轴对称的球面Z模型来模拟(见图1).

　　图1中,球面Z代表人体体腔,其反射特性具有漫射体特征,该球面球心在C点;A端为内窥镜照明光路光出口和成像光路光入口;B为球面Z上对应入瞳视场角(wp)的一个点,相应视场角为w.光线从内窥镜的输入光口进入照明光路后从A端输出照射至球面Z,然后球面Z部分漫反射光由A端进入成像光路再由目镜端输出.

　　临床应用关心的边缘光效是在像接受器上最终的边缘光效,光度量用光通量表示,即输入光口朗伯体照明下,内窥镜对应wp方向的视场位置上单位漫射面元(dS)经出瞳输出的光通量(Φ″wp)与视场中心位置上单位漫射面元(dS)经出瞳输出的光通量(Φ″0)之比.最终边缘光效用符号FLe-z表示(下标z表示球面Z的形状参数),公式为

　　像接受器上得到的边缘光效是最终的边缘光效,也符合临床需求.然而,内窥镜的应用不同,球面Z形状和工作距也不同,表示最终边缘光效随之变化,无法得到内窥镜自体的相关参数,不利于质控和相互间的比较.为此需要建立内窥镜自体产生的边缘光效评价方法,以及最终边缘光效在统一基准下的测定方法和评价依据.进一步分析可知,在内窥镜光线传输全过程中,光从输入光口到A端以及光从A端传输至目镜端输出,存在着与球面Z形状无关的内窥镜照明光路的边缘光效和成像光路的边缘光效,可分别称为照明镜体光效(ILeR)和成像镜体光效(OLeR);光从A端到球面Z以及从球面Z返回到A端,存在着仅与球面Z形状相关的的边缘光效,可定义为平面元与内球面相向辐射时,朗伯辐射体对受照体的边缘光效,称之为朗伯体光效,用符号表示.