醫(yī)療器械概論課件

醫(yī)療器械概論醫(yī)學(xué)光學(xué)儀器醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器

醫(yī)用光學(xué)儀器主要有眼科光學(xué)儀器、顯微鏡、醫(yī)用內(nèi)窺鏡和醫(yī)用激光儀器四大類。眼科光學(xué)儀器主要有眼前部、眼壓、眼底、視野等多種檢查儀器，特別是微電腦及電視圖像技術(shù)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的眼科光學(xué)儀器得以迅速地更新?lián)Q代。顯微鏡最早應(yīng)用在醫(yī)療中，現(xiàn)代手術(shù)顯微鏡配備了電視圖像系統(tǒng)，稱為顯微外科電視系統(tǒng)。醫(yī)用內(nèi)窺鏡是隨著光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，廣泛應(yīng)用于消化道、泌尿科、肺科、婦科、五官科、骨科中的診斷和治療。裝有CCD攝像機(jī)及電視圖像系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡又稱電子內(nèi)窺鏡，可實時地顯示臟器內(nèi)的黑白或真彩色圖像。醫(yī)用激光儀器主要有CO2、氦氖、YAG及新發(fā)展起來的半導(dǎo)體激光器四大類型，主要用于治療，其次用于診斷。

醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器

眼科光學(xué)儀器顯微鏡醫(yī)用內(nèi)窺鏡醫(yī)用激光儀器紅外熱像儀

1.1眼底照相機(jī)

眼底照相機(jī)是用來觀察和記錄眼底——視網(wǎng)膜狀況的光學(xué)儀器，它將眼底以黑白或彩色照片的形式保存下來，是眼科醫(yī)生的主要診斷工具?，F(xiàn)代眼底照相機(jī)裝有微機(jī)及電視圖像系統(tǒng)，可在電視監(jiān)視器屏幕上顯示眼底圖像，供多人同時觀察及動態(tài)記錄(錄像)。（1）眼球（2）接目物鏡（3）中空反射鏡（4）補(bǔ)償透鏡組（5）成像物鏡組（6）分光棱鏡（7）照相機(jī)膠片（8）反射鏡（9）分劃板（10）目鏡（11）觀察者或電視攝像機(jī)（12）集光鏡（13）環(huán)形光闌（14）觀察照明白熾燈（15）聚光鏡（16）聚光鏡（17）照相閃光燈(1)照相系統(tǒng)：由接目物鏡、補(bǔ)償透鏡組、成像系統(tǒng)、分光棱鏡及35mm照相機(jī)組成。(2)觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)：由分光棱鏡、反射鏡、分劃板及觀察目鏡組成的光路。(3)照明系統(tǒng)。(4)機(jī)架、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及操縱手柄。(5)電視圖像系統(tǒng)及電腦系統(tǒng)，在觀察目鏡位置裝有CCD攝像機(jī)，并由5”單色監(jiān)視顯示圖像。微電腦系統(tǒng)可在屏幕上完成測算功能。此外微電腦還能自動決定攝影條件，在熒光攝影時能自動插入濾色鏡。

利用眼底照相機(jī)可獲得眼底血管熒光造影像。由前肘靜脈注射熒光素鈉造影劑10~15秒之后，眼底血管即可依照先動脈，后靜脈，而后脈絡(luò)膜血管的順序顯示熒光。用連續(xù)攝影機(jī)拍攝其過程，從而對眼底血管性狀、眼底視網(wǎng)膜病變做出診斷。1.2激光眼底掃描成像

該系統(tǒng)采用共焦掃描激光(ConfocalScanningLaser)技術(shù)對眼底進(jìn)行成像，通過計算機(jī)分析，繪制出視盤表面的三維地形圖。所以，此類儀器又叫掃描激光眼底地形圖儀、視網(wǎng)膜層面分析儀、視神經(jīng)圖像處理系統(tǒng)等。

1.3電腦視野儀

視野儀用以測定視區(qū)范圍及某視區(qū)有無功能損害。

視野儀已由早期的弧形動態(tài)視野儀而發(fā)展的微機(jī)程序控制靜態(tài)自動視野儀。電腦視野儀在球形屏幕積分球的白色背景上，分布有不同亮度梯度的光刺激點(diǎn)。這些光刺激點(diǎn)用發(fā)光二極管或?qū)Ч饫w維制作，在微機(jī)控制下顯示不同的亮度梯度，給眼以刺激。根據(jù)病人分辨這些刺激點(diǎn)的多少及亮度梯度，可自動打印出視野范圍的大小、功能缺損的部位及缺損的程度，定量顯示出二維視野狀態(tài)，進(jìn)一步有三維立體定量顯示視野改變的結(jié)果。1.5電腦眼壓儀

老式的眼壓儀是一種帶有儀表指示的機(jī)械裝置?，F(xiàn)代眼壓儀由微機(jī)控制，測量探頭上帶有壓力傳感器，壓力信號經(jīng)放大由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由微機(jī)處理后顯示出4分鐘的眼壓變化曲線，依據(jù)此曲線可判定房水生成、排出量以及眼壓的水平，用以判定有無早期青光眼。因為眼內(nèi)房水循環(huán)失調(diào)則導(dǎo)致眼內(nèi)壓異常，從而發(fā)生青光眼。光學(xué)顯微鏡的成像原理

顯微鏡的成像光路如圖，它通過目鏡、物鏡等光學(xué)器件構(gòu)成放大光路，而使所得虛像A"B"的距離恰好等于人眼的明視距離——250毫米，以獲得將標(biāo)本放大10～200倍的可見影像。

顯微鏡原理與結(jié)構(gòu)顯微鏡的光學(xué)參數(shù)鏡檢時，我們希望能看到反差適度、清晰明了的理想圖像。這不僅要求所觀察的標(biāo)本適于某種顯微鏡的鏡檢方法，同時也要求將顯微鏡的各項技術(shù)性能充分發(fā)揮出來。光學(xué)顯微鏡主要的技術(shù)參數(shù)包括：數(shù)值孔徑、分辨率、放大率＼焦深、視場寬度、覆蓋差、工作距離和圖像亮度與視場亮度等。這些參數(shù)在觀測過程中必須達(dá)到最佳狀態(tài)。各項技術(shù)參數(shù)使用過程中彼此之間既相互聯(lián)系又相互制約，每個參數(shù)都有其自身的合理界限。在使用時，應(yīng)根據(jù)鏡檢的目的和實際情況加以協(xié)調(diào)，以適應(yīng)最佳分辨率為準(zhǔn)繩，爭取達(dá)到最好的鏡檢效果。顯微鏡原理與結(jié)構(gòu)顯微鏡的光學(xué)參數(shù)----放大率放大率是指物體經(jīng)物鏡、目鏡兩次成像后眼睛所能看到像的大小對原物體大小的比值。顯微鏡配有放大倍數(shù)不同的物鏡和目鏡，各廠家均已在物鏡和目鏡上標(biāo)出各自的放大倍數(shù)，兩者相乘即可。如在雙目鏡或三目鏡筒內(nèi)增加棱鏡，有的棱鏡也有放大倍數(shù)，因此顯微鏡的總放大率應(yīng)加以考慮。顯微鏡原理與結(jié)構(gòu)Magnification1000mm35mmslide24x35mmM=1000mm35mm=28投影出去的圖像是我們?nèi)搜墼?50mm處看到圖像的28倍如果我們用一個10倍的放大鏡觀察投影圖像，我們可以得到一個280倍的圖像，但我們減少10倍的視場范圍。如：一臺投影儀p顯微鏡的光學(xué)參數(shù)----孔徑角

孔徑角(鏡口角)，是物鏡光軸上的物體點(diǎn)與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大，物鏡的光通量就越高。

它與物鏡前透鏡的有效直徑成正比，但與焦點(diǎn)的距離成反比。顯微鏡原理與結(jié)構(gòu)數(shù)值孔徑Resolvingpowerisdirectlyrelatedtonumericalaperture.分辨能力直接與數(shù)值孔徑有關(guān)ThehighertheNAthegreatertheresolution數(shù)值孔徑越高，分辨能力越強(qiáng)。Resolvingpower:分辨能力aTheabilityofanobjectivetoresolvetwodistinctlinesveryclosetogether物鏡分辨兩個非常接近的兩條線的能力

a=0.61λ/nsinu

(n=thelowestrefractiveindexbetweentheobjectandfirstobjectiveelement)(hopefully1)

uis1/2theangularapertureoftheobjectiveAmNA=n(sinm)Lightcone(n=refractiveindex)手術(shù)顯微鏡結(jié)構(gòu)形式很多，有可移動式及固定式兩大類。可移動式又有立柱式和夾持式兩種，固定式又有吊式、墻式、桌式等多種。手術(shù)顯微鏡的組成由觀察系統(tǒng)、照明、支架及照相、電視攝像顯示系統(tǒng)組成。其中觀察系統(tǒng)有兩支獨(dú)立的光路以一定的夾角對物體成像，所以從兩個目鏡觀察到的是立體像。照相機(jī)或電視攝像系統(tǒng)通過光學(xué)接口與手術(shù)顯微鏡相連，在電視監(jiān)視器上顯示手術(shù)情況，可供多人共覽、會診、教學(xué)科研及錄像機(jī)記錄存檔。基本結(jié)構(gòu)：1、觀察系統(tǒng)：包括小物鏡和大物鏡兩種。其作用是為了形成立體像，必須有兩支？獨(dú)立對物體成像，供雙眼觀察。2、照明系統(tǒng)：要滿足足夠的物面照度。３、支架系統(tǒng)：能穩(wěn)定地完成機(jī)械工作。NeurosurgeryENDOSCOPY內(nèi)窺鏡Endoscopy,istheexaminationofinternalbodycavitiesusingaspecializedmedicalinstrumentcalledanendoscope.內(nèi)窺鏡是用來檢測人體內(nèi)腔道的特殊醫(yī)療儀器。Physiciansuseendoscopytodiagnose,monitor,andsurgicallytreatvariousmedicalproblems.病理學(xué)家使用內(nèi)窺鏡診斷，監(jiān)測和手術(shù)處理各種醫(yī)學(xué)問題。醫(yī)用內(nèi)窺鏡按結(jié)構(gòu)可分為四類：

1.硬性內(nèi)窺鏡硬性內(nèi)窺鏡的發(fā)展已經(jīng)歷了漫長的歷史。早在1795年Bozzine就首次制造出一個以燭光為光源的硬件內(nèi)窺鏡，可觀察到直腸和子宮內(nèi)腔。硬性內(nèi)窺鏡以金屬管為外殼，內(nèi)裝有物鏡，目鏡、棱鏡、反光鏡等光學(xué)元件的硬性直管性內(nèi)窺鏡。其種類主要有腹腔鏡、宮腔鏡、尿道膀恍鏡、關(guān)節(jié)鏡、胸腔鏡、腦顱鏡、直腸鏡、鼻竇鏡等。2.軟性內(nèi)窺鏡軟性內(nèi)窺鏡出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代光纖出現(xiàn)以后，它以柔韌的光纖傳導(dǎo)光源和影像，稱為光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。主要種類有胃腸鏡、肺鏡、腎結(jié)石鏡等。一般來說，內(nèi)窺鏡套管還有1~2個工作鉗道，以便插入外科器械；另外還有送氣/送水孔道，以清洗鏡面和充氣及清洗操作部位。內(nèi)窺鏡頭端部有操縱件，可操縱插入管遠(yuǎn)端的彎曲頭能上、下、左、右四個方向強(qiáng)烈彎角，以便觀察臟器內(nèi)的任何位置(不同用途的內(nèi)窺鏡，遠(yuǎn)端結(jié)構(gòu)不一樣)。

3.電子內(nèi)窺鏡電子內(nèi)窺鏡是1983年由美國Welch-Allyn公司首次推出的，被稱為第三代內(nèi)窺鏡。電子內(nèi)窺鏡由光源、視頻圖像系統(tǒng)及外科工作鉗道組成。電子內(nèi)窺鏡是在光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡的基礎(chǔ)上加視頻圖像系統(tǒng)組成的，但它不需要傳像束和目鏡，而是在物鏡后裝一個CCD攝像頭，由導(dǎo)線引出電信號，傳送到視頻處理器經(jīng)處理后，顯示在彩色監(jiān)視器上。屏幕上的圖像還可以記錄在錄像機(jī)上，或用視頻激光打印機(jī)打印出來，或存儲在磁盤上，由計算機(jī)進(jìn)一步處理。電子內(nèi)窺鏡代表了內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的高峰，但由于價格、穩(wěn)定性、可靠性、方便性等諸多因素的限制，現(xiàn)在醫(yī)院里大量使用的仍是光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡。電子內(nèi)窺鏡將進(jìn)一步提高CCD的性質(zhì)以使之超小型化，采用高保真圖像技術(shù)和計算機(jī)圖像文件管理系統(tǒng)，并實現(xiàn)圖像實時高速處理。

4.超聲內(nèi)窺鏡

超聲內(nèi)窺鏡于20世紀(jì)80年代初問世。它是將超聲探頭(線陣和扇形)裝入內(nèi)窺鏡中，在內(nèi)窺鏡導(dǎo)引下，將超聲探頭插入體內(nèi)進(jìn)行掃描，通過此方式得到的信息要比在體表上獲得的掃描信息準(zhǔn)確詳細(xì)。

此外，激光內(nèi)窺鏡、三維內(nèi)窺鏡和檢查腸彎曲部內(nèi)窺鏡也在發(fā)展之中。激光內(nèi)窺鏡是內(nèi)窺鏡診斷和激光治療結(jié)合在一起的新一代內(nèi)窺鏡。三維內(nèi)窺鏡將三臺電子內(nèi)窺鏡結(jié)合可提供三維立體圖像，能使許多高難度的手術(shù)得以順利進(jìn)行。醫(yī)用內(nèi)窺鏡若以臨床應(yīng)用范圍分類，可分為以下八類：⑴胃腸內(nèi)窺鏡，⑵腹腔內(nèi)窺鏡，⑶脊柱內(nèi)窺鏡，⑷顱內(nèi)內(nèi)窺鏡，⑸關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡，⑹泌尿系統(tǒng)內(nèi)窺鏡(膀恍鏡、前列腺鏡、腎鏡、輸尿管鏡)，⑺婦產(chǎn)科內(nèi)窺鏡，⑻內(nèi)窺鏡視頻攝像機(jī)。

醫(yī)用內(nèi)窺鏡朝著超細(xì)徑化(胃腸窺鏡的直徑為7.9~12.8mm，而近年出現(xiàn)可觀察深部栓塞及腎結(jié)石的內(nèi)窺鏡，直徑為0.19mm)、配各種傳感器以檢測各種參數(shù)、裝配機(jī)械式治療裝置及激光、微波、高頻電灼、電氣水壓等先進(jìn)技術(shù)的治療裝置、裝配超小型攝像機(jī)及計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)等方向發(fā)展。4醫(yī)用激光儀器

激光器是利用受激輻射放大電磁波的原理，在可見光、紅外以及紫外區(qū)產(chǎn)生激光輻射的器件。根據(jù)受激工作物質(zhì)的不同，激光器可分為固體激光器(紅寶石、釹玻璃、釔鋁石榴石(YAG))、氣體激光器(二氧化碳(CO2)、氦氖(He-Ne)、氬(Ar+)等)、半導(dǎo)體激光器和液體激光器。激光的特點(diǎn)是具有極高的亮度、放向性高度集中、高單色性和具有良好的相干性。在工業(yè)上用于打孔、切割、焊接高熔點(diǎn)材料，在醫(yī)學(xué)上主要用于治療。自從1960年梅曼（T.H.Maiman）制成第一臺紅寶石激光器之后，第二年激光就被用于眼科的視網(wǎng)膜焊接。此后的幾十年間，激光的應(yīng)用逐漸發(fā)展，成為一門應(yīng)用十分廣泛的科學(xué)技術(shù)。激光對人體組織有熱效應(yīng)、電離效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、非線性效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)。激光照射后組織吸收光能轉(zhuǎn)換為熱量，使組織局部溫度升高，引起組織內(nèi)蛋白質(zhì)變性而發(fā)生凝固，稱為光凝作用；組織接受更強(qiáng)的激光照射，細(xì)胞內(nèi)外的水會汽化變成水蒸汽，同時產(chǎn)生電離效應(yīng)，使細(xì)胞膨脹破裂，從而達(dá)到切割組織的作用；組織達(dá)到汽化后如再持續(xù)照射，可使組織達(dá)到碳化的程度，用來切割骨組織。醫(yī)用激光儀器主要使用CO2、YAG、Ar+

及半導(dǎo)體激光器。在臨床上，激光已廣泛的應(yīng)用到眼科、皮膚科、腫瘤科、外科、內(nèi)科、婦產(chǎn)科、神經(jīng)科、耳鼻喉科和口腔科等各個方面。1.對組織進(jìn)行切割和分離

激光對組織進(jìn)行切割和分離時，由于激光束聚焦后的光點(diǎn)非常小，能量高度集中，作用時間又短，因而它對組織的破壞最小，并且其創(chuàng)面或器官表面如遇出血或附著粘液時，就會阻礙進(jìn)一步照射，臨床表明，用激光進(jìn)行分離和切割，操作簡便，防護(hù)措施也很簡單，患者出血也少，切口愈合平滑、整齊。因而深受醫(yī)護(hù)人員和患者的歡迎。

2.對組織進(jìn)行氣化和融解

由于高功率的CO2激光器，其光點(diǎn)溫度可達(dá)200℃以上，并具有一定的壓強(qiáng)，它不僅能熔融組織，而且具有很強(qiáng)的穿透破壞作用。臨床表明，激光對機(jī)體皮膚粘膜的表淺病變以及通過手術(shù)暴露的深部腫瘤，經(jīng)過照射治療，其病變的表層將立即氣化，而周圍的健康組織界限清楚，若進(jìn)行反復(fù)氣化融解，可使大塊實體組織蒸發(fā)消融。其特點(diǎn)是方法簡便，治療愈合快，周圍組織反應(yīng)小，功能基本不受影響。3.對組織進(jìn)行燒灼和止血因為激光光點(diǎn)具有高溫，可使組織凝固，脫水和細(xì)胞破壞。臨床上已成為一種很好的燒灼工具。若用于止血，其失血量和止血速度都比目前所應(yīng)用的電烙法效果好。

4.對組織進(jìn)行凝固和封閉

臨床表明，激光的凝結(jié)作用，可使組織結(jié)疤，阻塞和封閉血管及淋巴管，還可以引起組織萎縮。利用這一特點(diǎn)可用于治療上唇血管瘤和淋巴管瘤以及背部血管瘤。5.對組織進(jìn)行離焦照射若將激光不予聚焦，而進(jìn)行散射。當(dāng)散射到適當(dāng)距離時，再進(jìn)行照射，這種方法適用于治療下肢潰瘍，慢性鼻炎等。

6.對穴位進(jìn)行照射臨床表明，利用激光進(jìn)行穴位照射，一方面給穴位以刺激，另一方面給穴位也輸入一定的能量，故激光照射具有針刺和炙法的作用。7.眼科治療

激光在治療方面首先應(yīng)用于眼科。如眼科中治療眼底病、屈光不正(近視、遠(yuǎn)視、角膜切除、角膜成形)、白內(nèi)障、青光眼等。有些國家已把激光作為眼科常規(guī)療法，世界各國用激光器做視網(wǎng)膜剝離凝固術(shù)已治愈數(shù)萬人，治愈率達(dá)80%以上。如果采用波長為694.3nm的紅寶石激光器，就可以將凝固區(qū)的直徑縮小到0.3mm。所以激光不僅可治療視網(wǎng)膜剝離和破裂，也可以治療中心性視網(wǎng)膜炎。氬激光器發(fā)射波長488nm和514.5nm的光，血液和血管可很好地吸收它。而且它比紅寶石激光器能更好地聚焦和連續(xù)地發(fā)射光，這樣可使它自由地調(diào)節(jié)照射時間和調(diào)節(jié)凝固視網(wǎng)膜病變的大小。由于這種特點(diǎn)，可用來治療糖尿病視網(wǎng)膜病和出血性病變。除上述外，應(yīng)用激光還可以治療眼內(nèi)炎、近視、青光眼、眼底血管瘤、凝固睫狀體、前房玻璃體出血和虹膜切開術(shù)等多種眼科疾病。利用激光治療眼病，其優(yōu)點(diǎn)是能量集中、作用時間只幾毫秒、無疼感，凝固面小、愈合快等。

8.腫瘤治療

用激光治療腫瘤已為治療腫瘤開創(chuàng)了新途徑。劑量不大的氦氖激光器發(fā)生的單一紅色激

光的作用能提高組織再生能力，并對各種病理過程有著刺激作用，用這種激光器照射慢性而長期不愈的傷口、灼傷面、營養(yǎng)性和光照后的潰瘍，能便愈合過程明顯加快。治療皮膚癌及癌的皮性轉(zhuǎn)移可使用不同的激光作用，采用激光聚焦光照射、聚焦光凝固、"光刀"切除的綜合方法及激光配合手術(shù)、化療治療腫瘤結(jié)節(jié)、散性黑色素瘤、和有多發(fā)性轉(zhuǎn)移的結(jié)節(jié)都獲得了完全滿意的直接和近期效果，臨床觀察表明，連續(xù)作用的氣體激光，不僅能夠破壞面積不大的腫瘤，而且能夠破壞擴(kuò)散型腫瘤。對于破壞較小面積的惡性皮膚瘤及癌的皮膚性轉(zhuǎn)移，激光凝固法能夠同時凝固多發(fā)性的腫瘤結(jié)節(jié)。而且具有照射時間短，對祝體副作用極少、直接和近期療效好。激光的特別價值是，能保證手術(shù)傷口不發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移，大大減少手術(shù)部位的腫瘤復(fù)發(fā)的危險性。目前常采用二氧化碳、氬、紅寶石以及釹玻璃激光器治療黑色素皮膚癌、惡性血管瘤、基底細(xì)胞上皮癌、喉癌以及乳腺癌、淋巴瘤等。如果將激光裝入到內(nèi)窺鏡的器件，可以在觀察到出血點(diǎn)輔助這種器件來制止胃粘膜的出血。

9.耳鼻喉科治療在耳鼻喉科方面，已采用激光治療聲帶原位的結(jié)節(jié)和息肉、乳頭瘤、角化病和癌癥。用紅寶石激光器照射治療齲齒也取得了療效。10.婦科治療使用激光早期發(fā)現(xiàn)子宮癌能可靠地識別出平均率為97%的子宮癌陰性細(xì)胞涂片。用CO2激光器照射治療子宮頸糜蘭，可減沙感染、分泌增多和由于手術(shù)后形成痂而致出血的危險性，優(yōu)于電手術(shù)裝置或冷凍手術(shù)的療法。目前正在大力研究激光-CT，這將為醫(yī)學(xué)成像開辟新的途徑。

5紅外熱像儀