一种可连续变焦的内窥光学相干层析探头的制作方法

本发明是关于一种可连续变焦的内窥光学相干层析探头，涉及光学成像技术领域。

背景技术：

光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)是最近十几年来，发展迅速且具有广泛应用前景的新型医学成像技术。该技术通过OCT内窥探头，将激光导入人体内部，聚焦入射到需要成像的部位，并通过收集背反射或背散射光进行成像。

内窥探头还需提供OCT横向扫描功能，得到样品的断面图像。利用红外低相干光，可以对生物组织进行断层扫描，非常适合对人体组织进行辅助医学检测，用于对人体组织进行高分辨、无损伤的断层成像。现有技术在内窥OCT的研究中存在的一个普遍问题是高横向分辨率限制了焦距深度，从而使得深度成像质量下降。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够动态调节焦点距离，对样品进行不同焦点深度成像的可连续变焦的内窥光学相干层析探头。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可连续变焦的内窥光学相干层析探头，包括有传导光缆、微型电机和物镜，该探头还包括一设置在所述传导光纤内的形变记忆部件，所述形变记忆部件的一端与所述传导光纤内部固定，所述形变记忆部件的另一端固定连接所述微型电机的定子，所述微型电机的转子固定连接所述物镜；所述形变记忆部件的还固定连接有若干铜导线，其中，正级铜导线和负极铜导线连接一外部电源并与所述形变记忆部件构成变焦控制回路。

优选地，该探头还包括一由外管和内管构成的辅助针管，所述外管和内管均与所述传导光纤内部固定，所述内管依次穿过所述外管和形变记忆部件插入到所述微型电机的定子内部，使得所述形变记忆部件发生形变的同时带动所述微型电机沿着所述内管进行运动，且所述内管不能与所述微型电机的转子及物镜相接触。

优选地，所述形变记忆部件由形变记忆合金或压电陶瓷PZT材料制作而成。

优选地，所述形变记忆部件制作成弹簧形状、线状、块状、片状或柱状。

优选地，所述传导光纤内还固定设置有用于便于所述形变记忆部件对准的固定件。

优选地，所述固定件为环形垫片。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在传导光纤内设置有形变记忆部件，形变记忆部件固定连接若干铜导线，其中，正级铜导线和负极铜导线连接外部电源并与形变记忆部件构成变焦控制回路，外部电流信号控制形变记忆部件的伸缩形变改变传导光纤出光端面与物镜之间的距离，在高数值孔径物镜与中空微型电机结构的辅助下，实现焦距的动态调整，对样品进行不同焦点深度的成像，解决了在高分辨内窥OCT成像中普遍的焦深制约问题。2、本发明通过铜导线将位移控制转化为电流控制，以恒定电流控制整体探头长度，从而调节光线与物镜之间距离实现动态变焦，该方式操作简便、易控制。本发明结构简单，成本低，调焦范围大，可以广泛运用在内窥领域使用的各种光学成像系统，例如OCT、共聚焦荧光、光声效应等成像系统中。

附图说明

图1是本发明的内窥光学相干层析探头结构示意图；

图2是本发明中变焦架构控制回路结构示意图；

图3是本发明中变焦架构的作用示意图，其中，图(a)是焦距变长的动作示意图，图(b)是焦距变短的动作示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的可连续变焦的内窥光学相干层析探头与现有的内窥光学相干层析探头结构相同的是均包括有传导光缆、中空微型电机、物镜和用于为微型电机进行供电的外部电源；与现有的内窥光学相干层析探头结构不同的是本发明还包括一设置在传导光纤内的形变记忆部件1，形变记忆部件1的外端部与传导光纤内部固定，形变记忆部件1的内端部通过若干中空铜柱2固定连接微型电机的定子3，微型电机的转子4固定连接物镜5，形变记忆部件1还固定连接有若干铜导线6，如图2所示，本实施例将与形变记忆部件1外端部固定连接的铜导线定义为正极铜导线，将与形变记忆部件1内端部固定连接的铜导线定义为负极铜导线，正级铜导线和负极铜导线连接一外部电源并与形变记忆部件1构成变焦控制回路，本发明通过外部电流信号控制形变记忆部件1的伸缩形变，通过形变记忆部件1的伸缩形变可以改变传导光纤出光端面与物镜5之间的距离，从而实现焦距的动态调整。

在一个优选的实施例中，本发明的内窥光学相干层析探头还包括一辅助针管7，辅助针管7的外管71和内管72均与传导光纤固定，辅助针管7的内管72依次穿过外管71和形变记忆部件1插入到微型电机的定子3内部，使得形变记忆部件1发生形变的同时带动微型电机可以沿着辅助针管7的内管72进行运动，用于对微型电机7运动进行限位，避免微型电机在来回运动时摩擦传导光纤。变焦操作过程中，辅助针管7的内管72不能与微型电机的转子4及物镜5相碰撞，目的是为了避免破坏传导光纤出光端面的镀膜和倾角结构。

在一个优选的实施例中，形变记忆部件1可以采用形变记忆合金(Shape-memory Alloy，简称SMA)制作而成，形状记忆合金是一种自加热形状记忆材料，向该材料通入电流信号后，材料自身会产生加热效果从而产生形变，并且该形变可逆，以此为例，不限于此，形变记忆部件还可以采用其他材料制成的具有形变性质的部件，例如采用微电陶瓷PMT材料制成的形变记忆部件。

在一个优选的实施例中，形变记忆部件1可以制作成弹簧形状、线状、块状或柱状等各种形状，根据实际需要进行选择，在此不做限定。

在同一个优选的实施例中，为了避免传导光纤过多摆动，传导光纤内还固定设置至少一个用于便于形变记忆部件1对准的固定件，固定件可以采用套管或环形垫片8等，本实施例设置有两个环形垫片8，以此为例，不限于此。

下面通过具体实施例详细说明本发明可连续变焦的内窥光学相干层析探头的工作原理。

实施例1：

本实施的形变记忆部件1采用形变记忆合金丝，形变记忆合金丝的材料是SMA材料，SMA的形变温度范围可以从22至70摄氏度，最大形变量约4％，可设计回路结构自行加热，将温度控制转化为电流强度控制，表面绝缘绝热，可以根据需要选择SMA材料的外径尺寸。如图2所示，本实施例的形变记忆部件1采用SMA材料制成形变记忆弹簧，外部电源采用恒流源，精度为0.1mA。由于该形变记忆弹簧受热形变具有迟滞的现象，其升温与降温过程所对应曲线并不相同，通过实验可测量形变的具体参数，测量结果为：最大不确定度小于1.3％，响应时间约为10s，两根铜导线与形变记忆弹簧的外端焊接固定并定义为正级，另外两根铜导线与形变记忆弹簧的内端焊接固定并定义为负极，正、负两级铜导线分别连接恒流源的两端，整个构成变焦控制回路，变焦控制回路的总电阻为2Ω至3Ω(由激光焊点质量决定)，控制电流范围为0至250mA。

在恒流源的激励下，形变记忆弹簧中通入电流信号后会产生加热效果从而产生形变，如图3(a)所示，当向本发明中内窥OCT探头加上电流信号A时，形变记忆弹簧发热收缩，形变记忆弹簧被压缩，并通过微型电机带物镜收缩，焦距变长；当向本发明内窥OCT探头加上电流信号A’，由于通入形变记忆弹簧中电流降低，形变记忆弹簧的恢复形变，并通过微型电机带动物镜恢复原位，焦距变短。

本实施例所使用形变记忆弹簧的形变温度范围在20℃至55℃，探头内形变时间约为20s。本实施例可以在探头不接触样品的前提下，利用形变记忆弹簧内禀电阻快速升温成像，成像速度最高可达106A-scan/s，而且自加热形变记忆弹簧所需的电源电压小于1V，对人体没有危害，适用于临床诊断。经过测量可以证明，通过本发明可以在最大外加电压不超过1V的前提下，以恒定电流模式0.1mm为精度调节传导光纤光端面与物镜距离，从而起到动态调焦的作用。本实施例的变焦效果是，当焦距调节范围0至3.4mm，横向分辨率改变范围6.5μm至12.6μm。

实施例2：

本实施例的工作原理与实施例1基本相同，不同的是本实施例形变记忆部件的形状为丝线型，本实施例的形变记忆部件材料也采用形变记忆合金丝，形变记忆合金丝的材料是SMA材料，该材料的形变过程对电流有迟滞效应，也即在材料产生形变前，在初始的位置就需要一定的电流。形变记忆合金丝的特点是，在输入电信号产生形变前，需要外部预张力使合金丝绷直。本实施例采用四根长度相等的形变记忆合金丝制作成形变记忆部件。每一形变记忆合金丝的后端分别焊接固定一铜导线，形变记忆合金丝的前端与微型电机的定子焊接固定。位于最外侧的环形垫片8与微型电机定子之间安装有被压紧的弹簧以提供预张力，此处使用的弹簧，材质不限于SMA材料，可使用任何具有弹性形变能力的材料。本实施例的形变记忆合金丝长度为10mm，通电后形变温度范围是22℃至70℃，焦距形变范围是1％至4％，带动微型电机移动0.1mm至0.4mm，能够起到动态调焦的作用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺及参数等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。