CN107550444A - 一种多包层光纤合并光学相干成像与压力探测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种集成光学相干层析OCT与血流储备分数FFR的改进方案，尤其是针对OCT和FFR的光路特性，分配相应的主要传输通道。本发明运用具有内外两层光传输通道的多包层的光纤，其中光纤内层传输通道（简称内层纤芯）为单模，适合OCT的单模传输的特点，外层传输通道（与内层纤芯之间隔有第一层包层的第二层包层，简称外层纤芯）设置为多模，以便于配合光纤FFR压力传感器，以此分离OCT干涉信号和FFR压力信号，通过计算机处理后实时显示血管结构图像和FFR信息，从而满足临床医生对观察血管内各种组织特征和功能性分析的要求。

Description

一种多包层光纤合并光学相干成像与压力探测的方法

技术领域

本发明属于光学相干层析成像技术、血流储备分数检测技术领域，尤其涉及一种集成光学相干层析成像与血流储备分数检测技术的单光纤内窥系统方法。

背景技术

血流储备分数（Fractional Flow Reserve，简称FFR）作为评价冠脉血流的指标，已经成为临床上功能性评价血运的金标准。

光学相干层析（Optical CoherenceTomography，简称 OCT）是目前分辨率最高的腔内影像学工具。OCT比其他影像手段能揭示更多血管内的信息，比如斑块性质、血栓、夹层、支架贴壁不良，及内膜覆盖等。

应用FFR和OCT联合指导临床治疗，即功能学和影像学手段结合在一起，可以将进一步提升诊疗的精确性，以致改善患者预后。FFR联合OCT，可以让医生全面清晰地了解患者冠脉的血运流和结构，合理制定治疗策略，指导手术介入和进行随访。FFR和OCT在临床上的结合应用，可以实现对冠脉全方位的评估和治疗，具有重要意义。专利申请号201510531486.6提供了一种单光纤内窥系统集成OCT与FFR检测的合并方案。在当前市面上，光纤法布里-珀罗压力传感器具有精确度高和技术成熟、商业化充分等特点成为光纤FFR压力传感器的优选。然而，光纤法布里-珀罗压力传感器更适合搭配多模光纤使用，在与单模光纤配合时会受到对准难度大，工艺要求高等特性的约束。此前，本人已向国家专利局提出了名称为“集成光学相干与非相干系统的单光纤内窥系统”的发明专利申请，申请号为“201610441935.2”，该发明显示了一种三包层光纤，同时具有单模传输通道和多模传输通道，适用于不同传输要求的两种系统的结合。如果能够运用类似这种多包层光纤，结合OCT和FFR两种检测，以期达到降低工艺难度的效果，其意义是重大的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种集成光学相干层析OCT与血流储备分数FFR的改进方案，尤其是针对OCT和FFR的光路特性，分配相应的主要传输通道。本发明运用具有内外两层光传输通道的多包层的光纤，其中光纤内层传输通道（简称内层纤芯）为单模，适合OCT的单模传输的特点，外层传输通道（与内层纤芯之间隔有第一层包层的第二层包层，简称外层纤芯）设置为多模，以便于配合光纤FFR压力传感器，以此分离OCT干涉信号和FFR压力信号，通过计算机处理后实时显示血管结构图像和FFR信息，从而满足临床医生对观察血管内各种组织特征和功能性分析的要求。

本发明所采用的技术方案是：

包括OCT子系统、FFR光纤压力传感器光源、单模光纤、多包层光纤、多包层光纤耦合器、内窥探头单元、电子系统等。

所述OCT子系统包括扫频光源、干涉仪、样品臂单元、参考臂单元、信号探测单元。其结构与现有成熟技术相同，此处不再赘述。

OCT子系统的扫频光源发出的光分成两路，一路为样品臂光，与FFR光纤压力传感器光源发出的光都进入多包层光纤耦合器，样品臂光在多包层光纤耦合器中耦合进入多包层光纤的单模纤芯层传输，然后进入内窥探头单元；另一路为参考臂光，进入参考臂单元。

所述内窥探头单元包括多包层光纤、传动套管、内窥探头保护套、自聚焦透镜、微型二向色镜、透明照明窗口、光纤法布里-珀罗压力传感器。进入内窥探头单元的光经多包层光纤传输到自聚焦透镜，经过自聚焦透镜聚焦后，传输到微型二向色镜，微型二向色镜反射OCT光源输出的光，经由透明照明窗口照射到血管内壁；微型二向色镜透过FFR光纤压力传感器光源发出的光，照射到光纤法布里-珀罗压力传感器。所述光纤法布里-珀罗压力传感器在不同的外界压力条件下干涉腔长度不同，其为现有技术，此处不予赘述。由光纤法布里-珀罗压力传感器返回的携带有压力信息的光和OCT样品信号光经过多包层光纤的单模纤芯和多模纤芯传输返回多包层光纤耦合器。在多包层光纤耦合器处分为两路，经多包层光纤的单模纤芯传输的部分继续进入OCT子系统，与参考光发生干涉并经过电子系统收集、处理，形成OCT图像信息；另一路进入FFR信号探测处理单元，形成FFR数据信息。

与背景技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明设计的光纤内窥探头采用了一根多包层的光纤，其中单模纤芯用于传递OCT信号，多模部分用于传递FFR信号，既保证了OCT干涉的单模传输要求，又增大了光纤对于经光纤法布里-珀罗压力传感器返回信号的接收面积，提高了信号收集和传递效率。

2、改进后的单光纤探头结构降低了生产工艺上对于对准的要求，扩大了产出，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的系统结构原理示意图；

图2为本发明中内窥探头单元结构示意图。

具体实施方式

图1显示了一个同时进行光学相干层析成像、血流储备分数检测的系统。这个系统包括一个FFR光纤压力传感器光源101，OCT子系统102，单模光纤耦合器件103，可选择的旋转光学连接器104，多包层光纤耦合器105，包含多包层光纤的导管连接模块106，探头107，光电探测器件108以及计算机及电子系统109组成。其中，OCT子系统102是一个包括参考臂，样品臂及光电探测模块等完整功能的子系统。在一些实施例中，旋转光学连接器104置于多包层光纤耦合器105的靠近探头107一侧。光源101的光和相干成像系统102的光源的光通过合光器件结合，通过多包层光纤耦合器105，在导管106的多包层光纤中传播，进入内窥探头单元107。从内窥探头单元107返回的光由多包层光纤的两个纤芯层传播，由内层纤芯传播的光回到OCT子系统102，然后被干涉测量装置收集和处理。而外层纤芯收集的光在多包层光纤耦合器105处耦合出光纤，经过光电探测器件108探测随即信号进入计算机和电子系统109收集处理。电子系统用于实现整个系统的信号控制、同步、探头扫描、显示成像等等功能。

图2显示了内窥探头单元包括多包层光纤208、传动套管209、内窥探头保护套210、自聚焦透镜205、微型二向色镜203、透明照明窗口204、光纤法布里-珀罗压力传感器201。传动套管209包覆在多包层光纤208外，内窥探头保护套210一侧对应微型二向色镜203位置开有透明照明窗口204，光纤法布里-珀罗压力传感器201置于一段大纤芯多模光纤202的远端，二者共同位于微型二向色镜203的出射光路上。多包层光纤208中，内层纤芯206和外层纤芯207之间由一层包层隔开，OCT信号光和FFR信号光从内层纤芯206经过自聚焦透镜205射向微型二向色镜203，由于微型二向色镜203的选择性作用，OCT信号光大部分被反射，经由透明照明窗口204射向待测样品，而FFR信号光大部分透射穿过微型二向色镜203，经过一段大纤芯多模光纤202后进入光纤法布里-珀罗压力传感器201。从待测样品返回的光和从光纤法布里-珀罗压力传感器201返回的光，在微型二向色镜203处分别经过反射和透射作用，最终被多包层光纤208所收集。

为了更好的提取携带FFR信息的光，在一些实施例中，在多包层光纤耦合器105处外层纤芯中耦合出的光，在进入光电探测器件108前，可以添加滤波模块，以滤除OCT信号相关的光。也可以通过一个对OCT光不敏感的波长选择性光电探测器件，来只探测携带FFR信息的波段的光。内层纤芯的光进入OCT系统，与参考光形成干涉，产生OCT信号，而携带压力信息的光和参考臂不相干，所以对OCT干涉信号并不能产生显著影响。也可以通过在OCT系统上，进入光电探测器之前添加滤波模块，以滤携带压力信息的光，以减少OCT成像的背景噪音。

本发明利用OCT检测和FFR检测的工作波段不同，在样品臂内窥探头中使用二向色镜分离OCT检测光路和FFR压力检测光路，通过一根多包层的光纤中的单模纤芯传递OCT信号，多模部分传递FFR信号，以提高整个光纤对于经光纤法布里-珀罗压力传感器返回信号的接收面积，在不增大整个内窥探头部分外径的前提下，实现OCT检测和FFR检测的整合，同时进一步提高了信号传递效率。同时，这种改进进一步降低了整个系统设备的工艺难度，有助于易化相关内窥系统的生产，具有重要的意义。

Claims (4)

1.一种通过一根多包层光纤对待测区域采集光学相干层析成像数据和压力信息的方法，其特征在于，不限定顺序的包括以下过程：

向待测区域方向传播的光在光纤的纤芯中有第一种折射率；

向待测区域方向传播的光在到达待测区域前被分成两种方向的部分，第一种方向的部分照向待测区域并经过散射作用返回，第二种方向的部分照向压力传感器后返回；

向第一个探测器方向传播的从待测区域返回的光在所述光纤的纤芯中有第一种模式；

向第二个探测器方向传播的从待测区域返回的光在所述光纤的第二层包层中有第二种模式；

用从待测区域返回的光的第一种模式生成光学相干层析成像的图像；

用从待测区域返回的光的第二种模式生成压力数据。

2.根据权利要求1中所描述的一种通过一根多包层光纤对待测区域采集光学相干层析成像数据和压力信息的方法，其特征在于：

从待测区域返回的光的第一种模式和第二种模式，分别沿着所述光纤的纤芯和第二层包层，互相同轴传播。

3.根据权利要求1中所描述的一种通过一根多包层光纤对待测区域采集光学相干层析成像数据和压力信息的方法，其特征在于：

所述压力传感器为光纤法布里-珀罗压力传感器。

4.根据权利要求3中所描述的一种通过一根多包层光纤对待测区域采集光学相干层析成像数据和压力信息的方法，其特征在于：

光纤为可旋转的。