CN113467071A

CN113467071A - 一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头

Info

Publication number: CN113467071A
Application number: CN202110851294.9A
Authority: CN
Inventors: 马欢; 王干一; 王社锋; 王帅; 黄超
Original assignee: Zhengzhou Guangchao Medical Technology Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Guangchao Medical Technology Co ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: CN113467071B

Abstract

本发明提出了一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，包括探头座和配置在所述探头座上的探头管，所述探头座内部构造有沿光路延伸的安装腔，所述安装腔内配置有可在驱动装置带动下沿所述光路移动的用于装配调焦透镜的调焦镜筒。通过在探头座内构造出安装腔，并在安装腔内设置可在驱动装置带动下沿光路移动的用于装配调焦透镜的调焦镜筒，能够改变焦面位置，保证在目标位置处聚焦，使成像更加清晰。

Description

一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头。

背景技术

在临床医学中，为了对病变部位做出准确诊断，经常需要通过切取、钳取或者穿刺等手段从患者体内取出一部分病变组织，经过固定、包埋、切片、染色等程序，制成切片，在显微镜下观察，做出病理诊断。这种检查方式称为活体组织检查，简称活检。活检为临床医生进行诊断、治疗和判断预后提供了重要依据。但是，活检是一种有创的检查方式，无法作为常规筛查手段，而且过程繁琐，出结果时间长。另外，由于只能在有限位置取样，活检存在着一定的漏检率。近年来，一些先进的光学影像检测手段，例如光学相干断层扫描（OCT）和共焦成像，得到了快速发展，已经可以获得和病理活检相接近的分辨率。这类光学成像检测方法无需对组织样品进行切取或特别处理，能够实时无创的获取在体组织的高分辨率影像，从而帮助医生快捷、准确的获得诊断依据，减少很多不必要的活检或者提高活检准确率，有很大的临床应用价值。

OCT是一种高分辨率的无创光学成像技术，它的基本原理是低相干光干涉技术，利用低相干的近红外光照射生物组织，通过对散射回来的光信号进行干涉测量，获得生物组织微米级分辨率的二维横截面图像或者三维重构图像。在OCT中，图像对比度是由组织结构的光学折射率不匹配产生的，无需外源性造影剂，在组织内成像深度约为2-3mm。OCT非常适合于表面应用，例如视网膜成像，随着近年来OCT探头导管技术的发展，OCT被越来越多的应用于内窥领域，包括心血管、消化道、肺部、喉部和泌尿生殖系统等。

共焦显微成像是一种正面（en face）成像的光学成像技术，通过使用针孔限制偏离焦点的光通过来获得高分辨率和高对比度的图像。通过改变样品中焦深，共焦显微成像也可以重建三维结构图像。一般来讲，共焦显微在横向分辨率方面优于OCT，而在纵向分辨率及成像深度方面不如OCT。由于OCT普遍使用单模光纤作为光传输器件，而单模光纤芯径极小，可以起到针孔作用，所以OCT和共焦显微在成像方面有一些类似的特点。和OCT技术类似，共焦成像技术也可以被应用于内窥领域，在内窥探头硬件技术方面，两种技术有一定共性。另外，在普通共焦扫描的硬件基础上，还可以加入光谱技术，实现共焦自发荧光成像或者外源性荧光染料的荧光成像等。

为把这些光学检测技术应用于各种疾病的筛查诊断，很重要的一个环节就是将光束传输、聚焦至目标组织区域，并采集返回的光信号，传输至采集设备。这一过程中，光束传输和聚焦的质量，直接决定了光学影像的分辨率、信噪比等重要指标。为了实现这一目标，我们之前设计了一种用于妇科检查的光学扫描探头（实用新型专利授权公告号：CN212261344 U；发明专利公开号：CN111568377A）。该探头具有微米级的高分辨率，首次在活体组织中获得了细胞级成像。该探头不仅可以应用于妇科检查，也可以应用于一切探头可以触及的身体表皮或粘膜组织检查，例如皮肤、口腔等。该探头虽然具有很高的横向分辨率，但是就像显微镜等一切光学成像系统一样，横向分辨率和焦深（Depth Of Focus或DOF）具有相关性。横向分辨率越高，聚焦点直径越小，焦深也就越浅，也就意味着成像系统只能在比较窄的深度范围内清晰成像。在实际使用中，这可能成为我们获得高质量图像的一个障碍。例如，我们需要观察的深度范围可能超出了焦深范围，或者由于探头加工组装精度的限制，实际聚焦点偏离了我们需要观察的位置。为了解决这一问题，在原来的探头基础上，我们开发了一种可电动调焦的高分辨率光学扫描探头，在成像的同时可以实时调整焦深，解决焦深过浅或者聚焦不准的问题，可用于OCT或者共聚焦等在体生物组织光学成像检测。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，能够保证在目标位置处聚焦，使成像更加清晰。

为实现上述目的，本发明提出了一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，包括探头座和配置在所述探头座上的探头管，所述探头座内部构造有沿光路延伸的安装腔，所述安装腔内配置有可在驱动装置带动下沿所述光路移动的用于装配调焦透镜的调焦镜筒。

根据本发明提出的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，通过在探头座内构造出安装腔，并在安装腔内设置可在驱动装置带动下沿光路移动的用于装配调焦透镜的调焦镜筒，能够改变焦面位置，保证在目标位置处聚焦，使成像更加清晰。

另外，根据本发明提出的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头还可以具有如下附加技术特征：

进一步地，所述调焦镜筒被构造成与所述安装腔适配的筒状。

进一步地，所述调焦镜筒内部旋合有用于压紧所述调焦镜片的压环。

进一步地，所述调焦镜筒内部构造有用于限制所述调焦镜片的凸沿。

进一步地，所述调焦镜筒的外壁构造有用于和所述驱动装置连接的连接板。

进一步地，所述驱动装置为丝杠电机。

进一步地，所述驱动装置的输出轴上旋合滑块。

进一步地，所述连接板上构造有用于和所述滑块卡接的卡槽。

进一步地，所述连接板上可拆地连接有用于固定所述滑块的夹板。

进一步地，所述连接板与所述调焦镜筒为一体结构。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头的光路图；

图2为图1中探头座的立体结构示意图；

图3为图2中调焦镜筒的示意图；

图4为图2中调焦镜筒的剖视示意图；

图5为图2中探头座的左视示意图；

图6为图2中探头座的剖视示意图；

图7为滑块的示意图；

图8为使用本申请实施例的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头扩大有效成像深度的示例；

附图标记：

10、可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头；

1、探头座；

11、安装腔；111、安装腔避让缺口；

12、调焦镜筒；121、连接板；122、凸沿；123、调焦镜筒内腔；124、夹板；1211、卡槽；12111、卡槽避让缺口；1212、夹板连接孔；

13、驱动装置；131、输出端；132、支撑架；133、滑块；1331、卡头；1332中心孔；

2、探头管；

101、准直镜；102、反射镜；103、扫描振镜；104、调焦透镜；105、固定透镜；106、窗口；107、光纤。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头10。

如图1至图8所示，根据本发明实施例的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头10包括探头座1和可拆卸地装配在探头座1上的探头管2。

其中，探头座1内部构造有沿光路延伸的安装腔11，在安装腔11内配置有可在驱动装置13带动下沿光路移动的用于装配调焦透镜104的调焦镜筒12。

通过在探头座1内构造出安装腔11，并在安装腔11内设置可在驱动装置13带动下沿光路移动的用于装配调焦透镜104的调焦镜筒12，能够改变焦深，保证在目标位置处聚焦，使成像更加清晰。

具体地，调焦镜筒12被构造成与安装腔11适配的筒状，作为一例，调焦镜筒12可滑动的卡接在安装腔11内，安装腔11对调焦镜筒12的移动起到导向作用。

需要说明的是，为了便于调焦镜片104拆装，调焦镜筒12具有与光路同轴的调焦镜筒内腔123，调焦镜筒内腔123具有内螺纹，在调焦镜筒内腔123的一端部构造有向内侧延伸的凸沿122，调焦透镜104的周沿抵接在凸沿122上。

为了更便捷的固定调焦透镜104，可将环状结构的压环旋进调焦镜筒内腔123，并使压环将调焦透镜104压紧在凸沿122上。

具体地，为了便于拆装调焦镜筒12，在调焦镜筒12的外壁构造有用于和驱动装置13连接的连接板121。

作为一例，连接板121与调焦镜筒12垂直布置。

需要说明的是，为了便于驱动装置13安装，在安装腔123的一侧构造有安装腔避让缺口111，驱动装置13装配在安装腔避让缺口111处，同时，连接板121伸出至安装腔避让缺口111并与驱动装置13传动连接。

在本实施例中，驱动装置13为丝杠电机，驱动装置13通过U型结构的支撑板132固定连接在安装腔避让缺口111处，驱动装置13的输出轴131为丝杠，且输出轴131可转动的架设在支撑板132的两侧板之间。

需要说明的是，为了提高连接板121与驱动装置13的输出轴131装配的便捷性，在输出轴131上旋合有滑块133，作为一例，滑块133整体呈圆盘状，在滑块133的周壁构造有向外突出的卡头1331，滑块133的中心孔1332与输出轴131旋合连接，滑块133适配的卡接在连接板上的卡槽1211内。

在卡槽1211的一侧构造有卡槽避让缺口12111，卡头1331适配的卡接在卡槽避让缺口12111内。

需要说明的是，为了将滑块133固定在连接板121上，在连接板121上可拆地装配有夹板124，通过螺钉将夹板124固定在连接板121上的夹板连接孔1212处。

可以理解的是，为了保证夹板124与连接板121贴合，滑块133应不高出卡槽1211。

在本实施例中，为了提高结构强度，连接板121与调焦镜筒12为一体结构。

如图1所示，探头管2由端部向内顺次布置有窗口106和两个固定透镜105，窗口106和两个透镜105在探头管2内的位置是固定不变的。

在探头座1上分别配置有准直镜101、反射镜102和扫描振镜103，主机的光输入端通过光纤107传输至准直镜101，然后顺次经反射镜102、扫描振镜103、调焦透镜104、两个固定透镜105和窗口106后到达样品组织，在被样品组织反射的信号经原路返回，并由光纤107传输会主机。

另外需要说明的是，高分辨率探头面临着焦深较浅的问题，如果加工或者组装精度不够，聚焦面会偏离目标位置，造成成像不够清晰。电动调焦解决了这一问题，可以在组装之后再进行实时的焦面微调，聚焦到目标位置。

一般OCT成像深度范围在2-3毫米，而高分辨率探头焦深只有几百微米，无法做到在整个成像深度范围内清晰成像。通过电动调焦，可以根据要求在不同的深度清晰成像。因此，可以在不同深度对焦，多次采集，然后通过后期图像处理，将若干帧不同对焦深度的图像合为一帧，扩大等效成像深度范围。如图8所示，其中(a)-(c)为三帧分别聚焦到不同深度的图像，三帧图像中成像最清晰的部分分别位于上部、中部和下部。通过对三帧图像进行合成，得到了(d)。图(d)的清晰成像深度范围明显高于(a)-(c)中任何单帧图像。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替代和变型。

Claims

1.一种可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，包括探头座和配置在所述探头座上的探头管，所述探头座内部构造有沿光路延伸的安装腔，所述安装腔内配置有可在驱动装置带动下沿所述光路移动的用于装配调焦透镜的调焦镜筒。

2.如权利要求1所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述调焦镜筒被构造成与所述安装腔适配的筒状。

3.如权利要求2所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述调焦镜筒内部旋合有用于压紧所述调焦镜片的压环。

4.如权利要求3所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述调焦镜筒内部构造有用于限制所述调焦镜片的凸沿。

5.如权利要求4所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述调焦镜筒的外壁构造有用于和所述驱动装置连接的连接板。

6.如权利要求5所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述驱动装置为丝杠电机。

7.如权利要求6所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述驱动装置的输出轴上旋合滑块。

8.如权利要求7所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述连接板上构造有用于和所述滑块卡接的卡槽。

9.如权利要求8所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述连接板上可拆地连接有用于固定所述滑块的夹板。

10.如权利要求9所述的可调焦的在体组织高分辨率光学扫描探头，其特征在于，

所述连接板与所述调焦镜筒为一体结构。