无源驱动旋转扫描光学探头的制作方法

本发明涉及医学成像仪器，特别是一种可用于内窥成像的光学探头。

背景技术：

光学相干层析成像(opticalcoherencetomography,oct)是一种利用弱相干光干涉仪原理的先进成像技术，广泛应用于医疗领域。该技术在进行内窥生物医学检测时对光学探头提出了严格要求，探头尺寸要尽可能小，工作过程中要稳定、可以进行360度扫描等。目前国内外已有多家科研机构针对用于内窥成像的oct光学探头进行了相关研究。

在先技术一(参见中国专利公开号为cn104887172a的发明专利文献)公开了一种用于血管检测的新型无辐射oct探头及测量系统，该探头将驱动整个探头旋转的电机置于光学探头的远端，在探头中安装用弹簧做成的扭矩线，电机转轴转动时，通过连动装置带动整个光学探头一起旋转。该技术方案可对腔道内壁进行360度的无遮挡成像，但是该技术方案由于需要通过扭矩线传递扭矩带动探头旋转，导致探头转动速度受到限制；置于探头远端的电机体积较大，导致整个探头体积较大，不利于使用；而且由于腔道往往是不规则的、弯曲的，从而导致所成图像存在非均匀旋转畸变，影响oct系统成像质量。

在先技术二(参见中国专利公开号为cn102401995b的发明专利文献)公开了一种内窥镜微型光学探头，将微机电系统技术(micro-electromechanicalsystem，简称mems)的扫描微镜安装在oct光学探头末端，通过对mems的扫描微镜施加电压和电流，使其径向或前后振动，从而将入射到其表面的光反射到组织内部的不同区域以完成对被检测物体的扫描。该光学探头由于扫描微镜沿径向振动角度有限，而且使用该探头时需要将其侧面窗口与样品对准进行光学扫描，所以只能对腔道侧壁的一部分进行扫描，若要对腔道侧壁进行360度扫描，需要手动旋转该探头，不易于使用，其应用范围受到极大限制。

在先技术三(参见中国专利公开号为cn202437064u的发明专利文献)公开了一种oct电子胃镜系统，该系统的探头即是采用微型电机的光学探头，其将反射元件安装在微型电机上，反射元件反射面与光聚焦元件在探头内正对安装，电机导线从尾部紧贴探头外套管内壁穿过反射元件和光聚焦元件间缝隙送回供电端。电机转轴转动后带动其轴上的反射元件转动，通过光聚焦元件入射到反射元件反射面的光反射到腔道壁上，从而对腔道壁进行扫描。该技术方案可以对腔道侧壁进行360度扫描。但是这种结构的缺点是由于电机导线从尾部通过外套管内壁绕回，导致扫描时会遮挡一部分腔道侧壁，从而导致oct系统对腔道成像不完整。

上述在先技术方案中，探头的旋转部件均需要外部电源提供动力，属于有源驱动。且在先技术二、三中的旋转部件置于探头末端，供电导线需进入人体，驱动末端部件扫描或旋转。在临床使用时，若探头破裂，会导致人体触电。因此，这类需要外部提供电力的有源驱动探头在临床使用时对人体生命安全存在一定的风险。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种无源驱动旋转扫描光学探头。本发明探头末端安装有转动部件及螺旋桨，利用注射生理盐水等液体时的液体的动能转化为螺旋桨的转动动能，液体冲刷螺旋桨并驱动螺旋桨转动，带动螺旋桨靠近转动部件一端上安装的反射元件转动，进而实现对血管壁的扫描。该光学探头可以稳定地传输光学信号，具有无需外部电力驱动的扫描、安全性高、稳定性高、无扫描阴影区、可径向360度扫描、无非均匀旋转畸变的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种无源驱动旋转扫描光学探头，其特点在于：它由内套管、光纤、外套管、光聚焦元件、螺旋桨、转动部件和反射元件组成；

所述的内套管的中心是所述的光纤，所述的内套管和光纤的始端与光纤接头相连，该光纤接头用于连接光源，所述的内套管和光纤的末端插入所述的外套管并沿所述的外套管前进，所述的内套管与所述的外套管同轴且两者间有供液体流动的缝隙，所述的内套管插入所述的外套管的相交处是密封的，所述的内套管的光纤的末端连接所述的光聚焦元件，该光聚焦元件伸出所述的外套管的末端数毫米，所述的反射元件、转动部件、螺旋桨依次固定地连接在一起并与所述的光纤同轴地设置在所述的内套管的末端外，所述的外套管的始端有连接头，该连接头与液体注入装置相连，从光纤出射的光束经所述的光聚焦元件聚焦后，入射到所述的反射元件的反射面上；

当所述的液体注入装置向所述的外套管内注入液体时，该液体会从所述的内套管和外套管之间的空隙的末端出射并冲刷所述的螺旋桨，带动所述的转动部件和光反射元件一起转动，实现光束对待测样品的扫描。

所述的内套管的末端安装有保护网罩。

所述的光聚焦元件两端面被打磨成斜8度角。

所述的光聚焦元件在两端面镀有增透膜。

所述的反射元件在反射面镀有反射膜。

所述反射元件固定在所述的螺旋桨插入所述的转动部件的转轴一端的正中央。

所述的内套管内的直径与转动部件的外直径相等或略小于转动部件外直径，转动部件用胶水或卡扣装置固定地安装在所述的内套管的末端，安装好后反射元件和转动部件在内套管内部，所述的螺旋桨的浆叶部分在所述的内套管的末端外部，且转动部件与内套管同轴心，所述的螺旋桨、转动部件、内套管、反射元件同轴心。

所述的光聚焦元件固定安装在所述的内套管内，与固定地安装在所述的内套管内的光纤末端同轴心且用光学胶水粘接于光纤末端，或者与光纤末端有微小间隔，并与反射元件之间有微小间隔。

所述光纤、光聚焦元件、螺旋桨、转动部件、反射元件同光轴，保证从光纤出射的光进入光聚焦元件后，经过恰当的聚焦后，光斑能完全入射到反射元件的反射面上。

所述内套管部分穿过外套管，穿过部分的末端即安装有转动部件、螺旋桨的一端。该末端靠近外套管处有若干个限位元件用以保证内套管与外套管同轴心且两者间有恰当的缝隙。内套管的末端伸出所述的外套管几毫米。

所述内套管插入外套管的相交处用胶水密封粘连，保证液体流过该处时不会渗漏；

使用本发明对血管壁进行光学相干层析成像时，将生理盐水等液体用液体注入装置从外套管注入，这些液体以一定速度通过内套管与外套管的间隙流向血管内。在内套管的末端，螺旋桨受到液体的冲击旋转，从而带动安装于螺旋桨轴上的反射元件旋转。从光聚焦元件出射的激光入射到反射元件反射面后，经过反射穿透内套管壁后，入射到血管壁上。当反射元件旋转时，激光便可对血管壁进行360度无阴影扫描。

优选的，所述内套管末端安装有保护网罩，用于保护螺旋桨避免其与待测样品接触。

优选的，所述光聚焦元件在两端面镀有增透膜，用以减少回波损耗。

优选的，所述反射元件在反射面镀有反射膜，用以增加光聚焦元件出射的光入射到反射元件反射面时的反射率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)无需外部电源驱动探头旋转扫描，为无源器件，不存在探头破裂时使人体有触电的风险；

2)此外，现有技术的三个主要缺点是存在非均匀旋转畸变，或者不能对腔道内壁进行360度扫描，或者存在扫描阴影区。与在先技术一相比，本发明没有采用在光纤接头端采用外置电机带动扭矩线传递力矩来使探头转动，从而不存在由此带来的非均匀旋转畸变；而与在先技术二相比，本发明没有采用mems微镜，从而避免了不能对腔道内壁进行360度扫描的缺点；与在先技术三相比，本发明内套管中没有导线，从而避免了导线遮挡导致的扫描阴影区。本发明操作简单、工作过程中性能稳定，可对腔道内壁实现360度无阴影扫描。

附图说明

图1是本发明反射元件、转动部件、螺旋桨立体结构示意图；

图2是本发明反射元件、转动部件、螺旋桨部分前视图；

图3是本发明反射元件、转动部件、螺旋桨部分俯视图；

图4是本发明反射元件、转动部件、螺旋桨部分右视图；

图5是本发明结构示意图。

图中：

1-1:反射元件；1-2:转动部件；1-3:螺旋桨；2-1:光纤接头；2-2:内套管；2-3:光纤；2-4:限位环；2-5:光聚焦元件；2-6:限位元件；2-7:保护网罩；3-1:外套管连接头；3-2:外套管。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。

如5图所示，由图可见，本发明无源驱动旋转扫描光学探头，包括固定安装于内套管2-2中的光纤2-3、与光纤2-3末端粘连或分离的光聚焦元件2-5、反射元件1-1、转动部件1-2、螺旋桨1-3、外套管3-2等器件。所述的光聚焦元件2-5用限位环2-4固定安装在内套管2-2的中，与光纤2-3轴心重合，保证从光纤末端出射的光进入光聚焦元件2-5后能够得到恰当聚焦。所述限位环可用不锈钢或塑料制作，限位环与光聚焦元件、内套管之间可用胶水粘连固定。

为了保证光纤2-3固定安装于内套管2-3中且两者轴心重合，可以在光纤与内套管之间的填充塑料泡沫或者柔性塑料，这样内套管与光纤可以弯曲，不易折断。光纤2-3远离螺旋桨一端安装有光纤接头2-1，该光纤接头可为fc/apc接头，用于和oct光源相连接，传输光信号。

光纤2-3与光聚焦元件2-5靠近一端两者可以用光学胶水相互粘连或者有微小间隔。

螺旋桨1-3的转轴插入转动部件1-2后，两者固定牢固，在螺旋桨1-3插入转动部件1-2一端转轴的正中央用胶水粘连反射元件1-1。然后将转动部件1-2、反射元件1-1插入内套管2-2末端，内套管2-2的内直径与转动部件1-2外直径相等或略小于转动部件1-2外直径，将转动部件1-2用胶水固定安装于内套管2-2的末端，且转动部件1-2与内套管2-2同轴心，即螺旋桨1-3、转动部件1-2、内套管2-2、光聚焦元件2-5、光纤2-3同轴心。固定后的反射元件1-1与光聚焦元件2-5之间有微小间隔。

保护网罩2-7是由若干根细钢丝做成的，其将螺旋桨1-3完全罩住后，其收口部分钢丝可以插入内套管2-2末端或用胶水粘连固定在内套管2-2外壁，但不超过反射元件，避免阻挡经反射元件反射的光束。

内套管2-2部分穿过外套管3-2，穿过部分的末端在靠近外套管3-2末端处有1个或若干个限位元件2-6，与外套管3-2内壁和内套管2-2外壁粘连固定，用以保证内套管2-2与外套管3-2同轴心。内套管2-2末端伸出外套管3-2末端数毫米。

外套管3-2的一端有与液体注入装置连接的液体注入装置接头3-1，用于与液体注入装置接连，使用时让生理盐水等液体进入外套管。

外套管3-2及内套管2-2的材质选择上，可以选用透明塑料fep、ptfe、pc等。fep管中文名称聚全氟乙丙烯管，具有较宽的使用温度、良好的透红外光性能，韧性高，而且具有生物组织亲和性，无毒，易成型。内套管2-2厚度可小于200um，以获得较高的光透过率。

螺旋桨1-3的材质选择上，可以选择光敏树脂、304不锈钢等材料。由于螺旋桨1-3很小，一般尺寸在几毫米左右，可以选择用光敏树脂材料采用3d打印技术打印而成，目前商业的3d打印技术精度在0.1mm，满足本发明需求。

反射元件1-1可以选择反射面镀有反射膜的直角棱镜；转动部件1-2可以选用直径较小的轴承。

目前已知商用光聚焦元件2-5直径最小为125um，适合安装于内套管2-2中。光聚焦元件2-5具有自聚焦特性，选择合适长度的光聚焦元件2-5可以得到合适的聚焦光束，使聚焦光束入射到反射元件1-1上的光斑直径小于反射元件1-1的反射面尺寸。

当从液体注入装置出射的生理盐水等液体流过外套管3-2并冲刷螺旋桨1-3时，螺旋桨1-3将开始旋转，从而带动反射元件1-1旋转，从而使经反射元件1-1反射面反射的光做360度圆周扫描。使用该光学探头可以实现对血管壁或其他组织的360度径向扫描，解决了采用扭矩线传递力矩带动探头转动带来非均匀旋转畸变问题，同时解决了采用mems微镜的光学探头径向扫描区域小和采用微型电机的光学探头中导线导致的成像阴影问题。

实验表明，本发明无源驱动旋转扫描光学探头，当注射生理盐水等液体时，液体冲刷螺旋桨使螺旋桨转动，从而带动螺旋桨转轴上安装的反射元件转动。从光聚焦元件聚焦后出射的激光入射到反射元件的反射面上，然后反射到被测样品，当反射元件转动时激光即可对被测样品进行360度无阴影扫描。本发明可以稳定的传输光学信号，具有无需外部电力驱动扫描、安全性高、稳定性高、无扫描阴影区、可径向360度扫描、受非均匀旋转畸变影响小等优点。