光学相干层析成像系统微型内窥成像探头

1.本发明涉及医疗成像设备技术领域，尤其涉及一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头。


背景技术：

2.光学相干层析成像(oct，optical coherence tomography)具有高分辨率和高成像速度的技术优势，既能够提供生物组织三维结构信息，同时其不接触、无创伤的技术特点使其更适用于内窥成像。
3.巴雷特食管(be，barrett’s esophagus)是指一种食管下段的正常复层鳞状上皮被化生的柱状上皮所替代的病理表现，也是食管腺癌(eac，esophageal adenocarcinoma)的癌前病变，诊断这种病症主要依靠内镜检查。内窥oct成像技术是近年来oct成像技术发展出来的一个重要分支，其可以在微型化oct成像时不降低成像的分辨率，通过将微型设备利用内窥镜送入人体的方法实现对人体内部器官的三维成像，这很好地解决了传统内镜检查所存在的检测延迟和误差大等技术问题。
4.内窥oct成像系统的微型成像探头先将信号光照射到组织上，再收集来自组织一定深度内的后向散射光。结合球囊导管使用的内窥oct成像系统，将微型成像探头放置到球囊导管的导丝内，再通过充气的球囊扩张食管，以使微型成像探头居于整个食管中心，从而改变了以往的由于探头不在食管中心位置而产生的扫描不均匀等问题。
5.由于球囊导管的充气扩张，要求微型成像探头要具有更大的工作距离，因此使较小的微型成像探头具有较长的工作距离对于食管疾病的诊断至关重要。


技术实现要素：

6.本发明提供一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，用以解决现有技术中尺寸较小的微型成像探头工作距离短的缺陷。
7.本发明提供一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，包括：单模光纤组件；第一梯度折射率透镜组件，套设在所述单模光纤组件的出射端的外部；第二梯度折射率透镜组件，套设在所述第一梯度折射率透镜组件的出射端的外部；反射微棱镜，与所述第二梯度折射率透镜组件的出射端连接。
8.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述单模光纤组件包括：弹簧管，所述弹簧管的一端套设在所述第一梯度折射率透镜组件内；单模光纤，所述单模光纤套设在所述弹簧管的内部，且所述单模光纤的两端延伸至所述弹簧管的外部。
9.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第一梯度折射率透镜组件包括：第一固定卡环，套设在所述弹簧管的一端的外部；第一梯度折射率透镜，所述第一梯度折射率透镜的入射端套设在所述第一固定卡环的内部。
10.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第一梯度
折射率透镜的入射面与所述单模光纤的出射面之间存在第一间距。
11.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第一间距为0.75mm。
12.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第二梯度折射率透镜组件包括：第二固定卡环，套设在所述第一梯度折射率透镜的出射端的外部；第二梯度折射率透镜，所述第二梯度折射率透镜的入射端套设在所述第二固定卡环内，出射端与所述反射微棱镜连接。
13.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第一梯度折射率透镜的出射面与所述第二梯度折射率透镜的入射面之间存在第二间距。
14.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第二间距为0.3mm。
15.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述反射微棱镜为直角三角形结构，所述第二梯度折射率透镜的出射面与所述微棱镜的直角面胶合。
16.根据本发明提供的一种光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，所述第一梯度折射率透镜和所述第二梯度折射率透镜的直径为0.5mm，长度为1.5mm。
17.本发明提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，通过设置单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件，通过拉动和旋转单模光纤组件达到微型内窥成像探头的长度扫描和旋转式扫描共同进行，同时通过调整单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件之间套设的长度，实现了小尺寸的微型内窥成像探头的长距离工作。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头的结构示意图；
20.图2是本发明提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头的应用效果示意图；
21.图3是本发明提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头的光路设计结构图；
22.图4是本发明提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头的光斑模拟结果图；
23.附图标记：
24.11：弹簧管；
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12：单模光纤；
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21：第一固定卡环；
25.22：第一梯度折射率透镜； 31：第二固定卡环； 32：第二梯度折射率透镜；
26.40：反射微棱镜。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.下面结合图1
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图4描述本发明的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头。
29.如图1所示，在本发明的一个实施例中，光学相干层析成像系统微型内窥成像探头包括：单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件、第二梯度折射率透镜组件和反射微棱镜40。第一折射率透镜组件套设在单模光纤的出射端的外部，第二梯度折射率透镜组件套设在第一梯度折射率透镜组件的出射端的外部，反射微棱镜40与第二梯度折射率透镜组件的出射端连接。
30.具体来说，单模光纤组件的出射端套设在第一梯度折射率透镜组件的内部，第一梯度折射率透镜组件的出射端套设在第二梯度折射率透镜组件内，第二梯度折射率透镜组件的出射端与反射微棱镜40连接。本发明实施例提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头主要针对内部导丝直径为0.9mm的球囊导管，其允许波长为1300nm的信号光以较小损失通过，且能够提供稳定的球囊内部气压。
31.具体地，波长为1300nm的探测光通过单模光纤组件接入，出射后进入到内窥oct系统的末端光学成像探头部分，探测光通过空气间隙后入射到第一梯度折射率透镜组件，第一梯度折射率透镜组件将单模光纤组件出射的光线进行汇聚后射出，经过汇聚的光线入射到第二梯度折射率透镜组件，第二梯度折射率透镜组件将已经汇聚的光线进行二次汇聚，经过两次汇聚的达到了所需工作距离的光线经过反射微棱镜40反射出去。
32.进一步地，在本发明的一个实施例中，单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件之间套设的长度可以有多种，以使单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件三者的长度可以为多种长度，以产生多种较长的工作距离。
33.在实际诊断过程中，内窥oct系统成像时，微型内窥成像探头随着远端电机的带动共同旋转，同时回拉以达到长度扫描和旋转式扫描共同进行的目的，内窥镜将球囊导管送入食道，微型内窥成像探头放置在球囊导管导丝内，保证了微型内窥成像探头在成像时居于食管中心；同时较小尺寸的微型内窥成像探头将能够适应不同导丝内经的球囊导管，这大大降低了旋转时由于摩擦所带来的转速不均匀的问题。
34.本发明实施例提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，通过设置单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件，通过拉动和旋转单模光纤组件达到微型内窥成像探头的长度扫描和旋转式扫描共同进行，同时通过调整单模光纤组件、第一梯度折射率透镜组件和第二梯度折射率透镜组件之间套设的长度，实现了小尺寸的微型内窥成像探头的长距离工作。
35.如图1所示，在本发明的一个实施例中，单模光纤组件包括：弹簧管11和单模光纤12。弹簧管11的一端套设在第一梯度折射率透镜组件内，单模光纤12套设在弹簧管11的内部，且单模光纤12的两端延伸至弹簧管11的外部。
36.具体来说，弹簧管11套设在单模光纤12的外部，二者共同从内窥oct系统的电机一
端连接到末端微型内窥成像探头，能够固定微型内窥成像探头并带动整个微型内窥成像探头同步旋转和回位。在本发明的一个实施例中，可选地，弹簧管11的内径为0.4mm，外径为0.6mm，单模光纤12的直径为0.25mm。
37.如图1所示，在本发明的一个实施例中，第一梯度折射率透镜组件包括：第一固定卡环21和第一梯度折射率透镜22。第一固定卡环21的一端套设在弹簧管11的一端的外部，第一梯度折射率透镜22的出射端套设在第一固定卡环21另一端的内部。
38.具体来说，波长为1300nm的探测光通过单模光纤12接入，出射后进入内窥oct系统的末端微型内窥成像探头部分，探测光入射到第一梯度折射率透镜22，第一梯度折射率透镜22将光线进行汇聚后出射。
39.进一步地，在本发明的一个实施例中，第一固定卡环21的外径为0.8mm，可以适配内径为0.9mm的球囊导丝；第一固定卡环21的内径为0.6mm，长度为1.5mm，可与弹簧管11适配。第一梯度折射率透镜22的外径为0.5mm，长度为1.7mm，为直径尺寸最小的梯度折射率透镜，第一梯度折射率透镜22的外壁与第一固定卡环21的内壁之间存在一定的间隙，为装配留有一定的冗余度。
40.如图1所示，在本发明的一个实施例中，第一梯度折射率透镜22的入射面与单模光纤12的出射面之间存在第一间距，可选地，该第一间距为0.75mm。
41.具体来说，单模光纤12的出射面与第一梯度折射率透镜22的入射面之间存在空气间隙，该空气间隙的长度即为第一间距。可以理解的是：该第一间距也可以为其他长度，以使单模光纤12和第一梯度折射率透镜22所组成的整体具有不同长度的工作距离。
42.如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二梯度折射率透镜组件包括：第二固定卡环31和第二梯度折射率透镜32。第二固定卡环31的一端套设在第一梯度折射率透镜22的出射端的外部，第二固定卡环31的另一端套设在第二梯度折射率透镜32的入射端的外部，第二梯度折射率透镜32的出射端与反射微棱镜40连接。
43.具体来说，波长为1300nm的探测光通过单模光纤12接入，出射后进入内窥oct系统的末端微型内窥成像探头部分，探测光入射到第一梯度折射率透镜22，第一梯度折射率透镜22将光线进行汇聚后出射，经过汇聚的光线入射至第二梯度折射率透镜32中，实现二次光线汇聚，汇聚后的光线从反射微棱镜40反射出去。
44.进一步地，在本发明的一个实施例中，第二固定卡环31的外径为0.8mm，内径为0.6mm，长度为1.5mm。第二梯度折射率透镜32的外径为0.5mm，长度为1.7mm，为直径尺寸最小的梯度折射率透镜。第二固定卡环31的内壁与第一梯度折射率透镜22和第二梯度折射率透镜32的外壁之间均存在一定的间隙，为装配留有一定的冗余度。
45.进一步地，在本发明的一个实施例中，第一梯度折射率透镜22的出射面与第二梯度折射率透镜32的入射面之间存在第二间距，可选地，该第二间距为0.3mm。
46.具体来说，第一梯度折射率透镜22的出射面和第二梯度折射率透镜32的入射面之间存在空气间隙，该空气间隙的长度即为第二间距的长度。可以理解的是：第二间距也可以为其他长度，以使微型内窥成像探头具有不同长度的工作距离。
47.进一步地，在本发明的实施例中，第一梯度折射率透镜22和第二梯度折射率透镜32能够汇聚波长为1300
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1550nm的光，通过调节两个梯度折射率透镜之间的距离可以对光束产生不同程度的汇聚，进一步地，在本发明的实施例中，两个梯度折射率透镜的入射面和
出射面均与光轴垂直。
48.如图1所示，在本发明的一个实施例中，反射微棱镜40为直角三角形结构，第二梯度折射率透镜32的出射面与微棱镜40的直角面胶合。
49.具体来说，反射微棱镜40胶合到第二梯度折射率透镜32的出射面，其直角面为正方形结构，边长为0.5mm，与第二梯度折射率透镜32的直径相同。胶合时应保证胶合直角面与光轴垂直，且直角面的中心与第二梯度折射率透镜32的中心位于同一轴线，以使光线从反射微棱镜40射出时以与入射光线垂直的角度射出。进一步地，在本发明的一个实施例中，胶合距离为能够保证固定强度的最小间距。
50.进一步地，在各个零部件位置固定之后，可通过uv胶将各部分固定以增加强度。
51.如图2所示，本发明实施例提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头，将最终应用于食道内窥成像探测中，放置在球囊导管中心处。使用时微型内窥成像探头将随未充气的球囊导管共同被送入食道目标区域，初始时微型内窥成像探头将会位于球囊导管末端。到达目标区域后，随着球囊导管充气扩张，微型内窥成像探头处于球囊导管中心位置，即为食道中心位置，随后开始旋转扫描成像。扫描过程中，远端的旋转电机将会带动微型内窥成像探头旋转，电机与微型内窥成像探头之间通过弹簧管传递扭矩，同时整个微型内窥成像探头还会被向后拉动，旋转与回拉过程中做好速度配合，最终实现在球囊导管支持的距离上，对目标食道区域进行扫描成像。
52.如图3所示，波长为1300nm的探测光通过单模光纤12接入，出射后进入到内窥oct系统的末端光学成像探头部分，探测光通过0.75mm的空气间隙之后，入射到第一梯度折射率透镜22的入射面，第一梯度折射率透镜22将从单模光纤12出射的光进行第一次汇聚；从第一梯度折射率透镜22出射的光再通过0.3mm的空气间隙，入射到第二梯度折射率透镜32，该第二梯度折射率透镜32将已经汇聚的光进行二次汇聚以产生9.44mm的工作距离；第二梯度折射率透镜32的出射面直接与末端反射微型棱镜40的直角面相连接，以使经过两次汇聚、达到了所需工作距离的光以与光轴垂直的方向反射出去。
53.如图4所示，使用zemax进行光路模拟得到最终的光斑效果，由于微型内窥成像探头中的各个光学组件都选用商用的成品光学元件，所以在光路优化的过程中仅需要考虑对于各个元件之间的距离优化。通过模拟，在目标工作距离上，得到直径小于20μm的聚焦光斑，证明了该光路设计中的像差问题可以解决。
54.以下详细说明本发明实施例提供的光学相干层析成像系统微型内窥成像探头的组装方法。
55.组装过程主要包括两个重要的调节细微距离环节，即单模光纤12出射面与第一梯度折射率透镜22的入射面之间的距离，以及第一梯度折射率透镜22的出射面和第二梯度折射率透镜32的入射面之间的距离。组装时，首先将第二梯度折射率透镜32与反射微棱镜40胶合起来组成一个小整体a，并将小整体a固定在v型槽上，将第二固定卡环31固定在另一个v型槽上，对准之后将两端接入0.6mm，组成了小整体b；再将小整体b固定于v型槽上，将第一梯度折射率透镜22固定在另一个v型槽上，最准之后将两端接入0.6mm，此步骤保证了第一梯度折射率透镜22和第二梯度折射率透镜32之间的第二间距为0.3mm，并形成了小整体c；利用两个v型槽将第一固定卡环21的一端套设在弹簧管11上，组成小整体d，并将d和c分别固定在两个v型槽进行对准调节，改变两者之间的距离，直到达到9mm以上的工作距离。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。