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熒光內(nèi)窺鏡在許多醫(yī)學診斷檢查中的地位日益重要。這項技術(shù)基于光分子吸收，顯示正常白光下看不到的組織異常。例如，熒光內(nèi)窺鏡可用于改善不可見惡性病變或腫瘤的內(nèi)窺鏡檢測。

致敏劑是可引起過敏反應(yīng)的化學物質(zhì)，會在這些病變中累積。而這些致敏劑會誘導組織對特定波長的光產(chǎn)生熒光反應(yīng)。在腸胃病學領(lǐng)域，這種顯示并可視化病變的能力有望幫助及早發(fā)現(xiàn)非典型增生和癌癥。同樣，近紅外（NIR）熒光剛性內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)也將成為部分腦外科手術(shù)的重要工具。

與傳統(tǒng)白光內(nèi)窺鏡技術(shù)相比，熒光內(nèi)窺鏡在上述及其他醫(yī)療應(yīng)用中的日益普及對光學透鏡提出一些獨特的要求。例如，一個具有高分辨率、抗反射涂層和最小焦移的透鏡能夠在可見光和NIR范圍（波長范圍介于400至850nm之間）內(nèi)實現(xiàn)更好的熒光成像。

本文探討了各種透鏡的設(shè)計要素，包括濾光片和抗反射涂層等，可進一步優(yōu)化NIR熒光內(nèi)窺鏡在醫(yī)療和生命科學應(yīng)用中的性能。

抗反射涂層技術(shù)

涂層和薄濾光片在光學技術(shù)上的最新進展使其越來越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療和生命科學領(lǐng)域，包括優(yōu)化NIR熒光內(nèi)窺鏡技術(shù)。其中一項技術(shù)叫做擴展帶寬和角度依賴性（eBAND）透鏡涂層，采用具有超低反射率的納米結(jié)構(gòu)層，其尺寸小于可見光的波長。

這種納米結(jié)構(gòu)層加上下面復雜的多層涂層可產(chǎn)生顯著的抗反射特性。通過抑制切向反射，這種涂層還減少了不必要的耀斑和重影，即使在非常差的照明條件下也能提供清晰圖像。

與其他抗反射涂層相比，eBAND適用于400至1700nm的波長范圍，包括可見光到近紅外范圍。該性能讓eBAND用戶能夠使用吲哚菁綠（ICG）進行深入檢查。ICG是一種經(jīng)常用于心臟、肝臟及眼睛某些部位檢查的醫(yī)用染料。

高光學密度

除了抗反射涂層，熒光內(nèi)窺鏡還得益于具有高精度濾光片的透鏡以及高光密度（OD）透鏡。這些濾光片旨在選擇性地傳輸光譜上特定波長，同時拒絕傳輸其他波長，而OD則表示被濾光片阻擋的能量。

OD值越大，能量傳輸值越低；反之亦然。6或以上的光密度通常適用于需要極端阻斷的應(yīng)用，如熒光內(nèi)窺鏡等。

圖1. 半峰全寬（FWHM）

熒光內(nèi)窺鏡檢查需要能夠精確控制激光束入射角和半峰全寬（FWHM）值的濾光片。激光束入射角表示激光束擊中濾光片的程度，而FWHM用于測量光源的光帶寬。FWHM是曲線上函數(shù)達到最大值一半的點之間的距離，也就是曲線凸點的寬度。應(yīng)用于光學領(lǐng)域時，它指的是光信號在其強度達到最大值一半時的寬度，并提供在50%容量下工作的光源的帶寬。

通過對激光束入射角和FWHM的管理可對光源進行高精度的控制，進而在熒光內(nèi)窺鏡檢查過程中能夠清晰查看受影響區(qū)域（見圖1）。

最小焦移

用于熒光內(nèi)窺鏡的透鏡需要優(yōu)化光學設(shè)計，以在廣泛的光譜波長范圍內(nèi)保持畫質(zhì)，同時最小化可見近紅外甚至短波紅外范圍之間的焦移。

調(diào)制傳遞函數(shù)

調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）是一種參考值，能夠幫助光學設(shè)計人員根據(jù)分辨率和對比度量化系統(tǒng)的整體成像性能。設(shè)計人員通常在諸如熒光內(nèi)窺鏡檢查等依賴于成像準確性的應(yīng)用中引用MTF數(shù)據(jù)。雖然MTF是個有用的值，但并非總能反映透鏡的真實性能。盡管如此，了解透鏡及光學系統(tǒng)中的其他組件的MTF曲線可以幫助設(shè)計人員根據(jù)特定的分辨率選擇并優(yōu)化相關(guān)組件。

例如，在檢測過程中，Tamron透鏡無需再對可見光范圍與NIR范圍（400至850nm）之間以及可見光范圍與短波紅外范圍（400至1700nm）之間進行重新對焦。

圖2. Tamron透鏡在可見光與NIR范圍內(nèi)的焦移

這種透鏡的光學設(shè)計包括滿足不同市場需求的多種材質(zhì)球面和非球面透鏡，可將焦移降至最低（見圖2）。

超低色散鏡片

圖3.低膜厚度的ODS級濾光片

在成像過程中，當一個透鏡元件以稍微不同的角度折射不同波長時，就會產(chǎn)生色差，進而生成彩色邊紋并降低圖像的清晰度。低色散（LD）透鏡元件是由一種特殊的具有極低色散指數(shù)的光學玻璃制成，可抵消這種效應(yīng)。

換句話說，對于這種玻璃，一束光折射成不同顏色的光線極窄。因此，這些透鏡元件可以補償視野中心的色差。此外，還可用于補償短焦距向視野邊緣產(chǎn)生的橫向色差（見圖3）。

同樣，反常色散（AD）光學玻璃可提供更強大、更精確的色差控制，以提高整體成像性能。這種類型的玻璃可為可見光譜中的特定波長提供超大的部分色散比。因此，將AD玻璃與普通玻璃相結(jié)合可以控制特定波長的色散因子。熒光內(nèi)窺鏡中使用的光學透鏡應(yīng)避免色差，以保持焦移在整個擴展波長上的一致性（見圖4）。

圖4. Tamron與傳統(tǒng)透鏡設(shè)計在可見光與NIR范圍內(nèi)的色散焦移對比