医用内窥镜光能传递效率的评价方法

　　内窥镜能作用于腔内医疗的基础是光能传递,因此,光学成像能被有效接收的前题是保证像面有足够的光照度.而像面可工作的最小光照度依赖于组织物面光出射度和内窥镜的光能传递效率.如果内窥镜的光能传递效率很低,意味着要提高组织物面光出射度,体腔组织受辐射伤害的潜在危害就会增大.这种伤害是组织细胞受辐射的伤害,或者高于损伤阈而直接受损,或者由于时间的积累而受损.因此对光学内窥镜合理评价并控制光能传递效率是非常重要的.而现有ISO 8600“光学和光电技术———医用内窥镜和内治疗设备”系列标准中尚没有此方面的内容,需研究建立适用于光学内窥镜的光能传递效率的评价方法.

　　1　建立评价基础

　　1.1　有效光度率

　　光学镜成像系统光路中的大量光学镜片是造成光能传递效率下降的一个因素,而另一因素是较小的数值孔径[1].因此,对于发光大物面而言,通过内窥镜后输出的有效光能仅依靠透过率要求是不能体现的.似乎采用全视场光通量透过率的方法是一个设想,然而分析一下可发现该方法仍然不理想.组织光出射度的需求量决定于像接收器的像面照度探测率,而像面照度又涉及像方出瞳视场角和像接收器的焦距[2,3],因此,光通量透过率方法也不能体现临床有意义的光能传递效率.较好的方法是在给定像面照度探测率限条件下,检测对应的组织平均光出射度(M)值.由于光出射度直接测量不方便,可以假定组织物面为余弦辐体,可通过测量物面亮度(L)得到[4,5].这种方法对于采用如CCD像接收器的非目视观察类光学镜,由于像方尺度和照度探测率限己定,物面最小亮度即决定了光能传递效率,当物面亮度降低至像面最低可辨灰阶时即可得出.然而对于目视光学观察镜,人眼的眼底照度探测率限如何确定,目前我们尚无足够的临床数据支持.但是以物面光出射度与传递至人眼底视网膜的照度之比值是很好的表征方法,可称之谓“有效光度率”,用符号DM表示,其表达式如下:

　　式(1)中:E″v为眼底视网膜的照度.

　　人体组织具有光漫散射特性,实际应用时内窥镜出瞳与眼瞳孔中心重合,因此根据光度学原理(1)式可展开为:

　　式(2)中′是内窥镜出瞳处的光通量;s″是眼底光斑在空气中的等效面积;fe是人眼空气中等效焦距;W′p是内窥镜的像方出瞳视场角.

　　1.2　测量视场面的确定

　　实际测量涉及临床应用中的视场形状[6].不同种类的内窥镜被使用于人体不同的体腔部位,因此视场形状是变化的.由于存在多种不同的视场面,如果每次检测都要使用相应的视场面,则会给实际测量带来很大困难.注意到(2)式中π2·fe2是常量,对于特定的一根内窥镜,Tan2W′p也确定了,如果L、′与视场形状的关系可给定,那么仅需在任一特定视场形状下测量就能转化得到DM,实际应用就便利和有意义了[7].对于给定的某内窥镜,其入瞳处接收的总光通量()与′的关系是确定的,、L与视场形状的关系在同一视场空间分析更直接[8].