CN101032388A

CN101032388A - 一种光学相干层析内窥成像系统

Info

Publication number: CN101032388A
Application number: CN 200710065397
Authority: CN
Inventors: 薛平; 殷洁晨; 李嘉男
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2007-09-12

Abstract

一种光学相干层析内窥成像系统，属于生物医学光学成像领域。在本成像系统中，椭球面反射镜或非球面透射镜置于光学相干层析内窥成像系统样品臂的内窥探头末端。光入射到椭球面反射镜或非球面透射镜后，经反射或折射，聚焦在样品上的某一点上，通过对此成像点的扫描，实现断层成像。本发明设计的内窥成像系统结构简单，利于探头的小型化。非球面反射镜或透射镜的使用保证了较大的数值孔径，并能减小像差，从而得到更高的分辨率。此外，本方法同时具有大的工作距离，利于实际使用。本发明将在生物、医学等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种光学相干层析内窥成像系统

技术领域

本发明涉及一种光学相干层析内窥成像系统，属于生物医学光学成像技术领域。

背景技术

内窥成像技术的重要性是人所共知的。常规的内窥探头只能对器官表面成像，而对深入组织内部的不透明区无能为力。近十几年来发展的光学相干层析术(Optical CoherenceTomography，简称OCT)可以对不透明的介质内部进行断层成像，而且分辨率远高于X射线成像和超声成像。此外，由于采用红外光作为光源，OCT对生物组织安全无损伤，在生物医学成像领域有着广泛的应用前景。

内窥OCT系统采用红外低相干光源，光经过分束棱镜或2×2耦合器以后，一半入射到参考臂的反射镜，另一半入射到样品臂，经过内窥探头聚焦在生物样品上。从参考臂反射镜反射回来的参考光，与从样品背向散射回来的样品光在探测器汇合，当两臂光程相等时，参考光和样品光发生干涉。从干涉信号中可以提取样品的结构和功能信息。和传统的内窥系统相比，内窥OCT系统具有分辨率高的优点，并且能够得到生物样品的层析图像。国际上现有的商用内窥成像系统只能对样品的表面进行成像；而我们内窥OCT成像系统，通过使用相干门技术，能够对样品的断层进行扫描成像。

国外已有论文对内窥OCT进行了报道，虽然实现了高的纵向分辨率(＜5微米)，成像结果也较好，但还存在以下缺点：受内窥探头口径的限制，采用常规透镜或自聚焦透镜的内窥OCT的横向分辨率为10到20微米左右，这对于某些应用，如癌症早期诊断是不够的；另一方面，为提高横向分辨率而增大数值孔径，后果往往是整个内窥探头口径增大，这在需要探头小型化的情况下并不适用。此外，国外也有文章报道了通过采用透镜组来减小像差，从而提高横向分辨率的工作，但代价是探头结构的复杂化。

发明内容

本发明的目的是设计一种供光学相干层析使用的内窥成像系统，针对已报道的OCT内窥探头的不足之处，使用椭球面反射镜或非球面透视镜进行聚焦，可以增大数值孔径，减小像差和色差，从而提高OCT系统的横向分辨率，并且有利于探头的微型化。

本发明的技术方案如下：一种光学相干层析内窥成像系统，含有内窥探头，其特征在于：所述的内窥探头包括套管，置于套管内的光纤和椭球面反射镜，所述的椭球面反射镜位于内窥探头末端，所述的光纤的端面置于椭球面的上焦点处；光从光纤端面出射，经椭球面反射镜反射后，在椭球反射面的下焦点处聚焦，该聚焦点照射在生物样品上。

本发明提供的另一种技术方案是：一种光学相干层析内窥成像系统，含有内窥探头，其特征在于：所述的内窥探头含有套管，置于套管内的光纤和非球面透镜，所述的非球面透镜位于内窥探头末端，该非球面透镜由入射侧面、反射侧面和非球面组成，其几何形状类似于三角棱镜，该非球面作为消像差聚焦用；光从入射侧面入射，经折射后到达反射侧面，经全反射或由反射膜反射到达非球面，然后聚焦在生物样品上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明设计的利用椭球面反射镜或非球面透射镜聚焦的内窥OCT成像系统，可以带来高的横向分辨率。椭球面反射镜或非球面透射镜的使用，保证了较大的数值孔径，并能减小像差和色差，从而得到高的横向分辨率。②本发明设计的利用椭球面反射镜或非球面透射镜聚焦的内窥OCT成像系统，具有合适的工作距离。可以根据需要调整椭球面反射镜和非球面透射镜的面型，以选择合适的数值孔径和工作距离。③本发明设计的利用椭球面反射镜或非球面透射镜聚焦的内窥OCT成像系统，结构简单利于探头微型化，无需利用复杂的透镜组来消像差和色差。

本设计可应用于旋转式扫描、直线式扫描、前向式扫描，以及定点成像等各种扫描成像方式的OCT系统。

附图说明

图1是本发明设计的利用非球面成像系统的内窥OCT系统的示意图。

图2是本发明设计的利用椭球面反射镜聚焦的OCT内窥探头的结构示意图。

图3是本发明设计的利用非球面透射镜聚焦的OCT内窥探头的结构示意图。

图4是本发明设计的利用椭球面反射镜聚焦的OCT内窥探头的椭球反射面面型和光路图。

图5是本发明设计的利用非球面透射镜聚焦的OCT内窥探头的非球面透射镜几何结构和光路图。

1-光源；2-光纤耦合器；3-参考臂；4-样品臂；5-内窥探头；6-探测装置；7-套管；8-光纤；9-椭球面反射镜；10-非球面透射镜；11-上焦点；12-下焦点；13-非球面；14-入射侧面；15-反射侧面。

具体实施方式

如图1所示，本发明设计的利用非球面成像系统的内窥OCT系统包括光源1，光纤耦合器(或分束棱镜)2，参考臂3，包括内窥探头5的样品臂4，以及探测装置6。从光源1发出的光经过光纤耦合器2(或分束棱镜)以后，一半入射到参考臂3的反射镜，另一半入射到样品臂4，经过位于样品臂末端的内窥探头5聚焦在生物样品上。从参考臂反射镜反射回来的参考光，与从样品背向散射回来的样品光在探测装置6汇合，当两臂光程相等时，参考光和样品光发生干涉。从干涉信号中可以提取样品的结构和功能信息。

如图2所示，本发明设计的利用椭球面反射镜聚焦的OCT内窥探头，主要包括套管7，置于套管内的光纤8和椭球面反射镜9，以及相应的扫描驱动装置。所述的椭球面反射镜9位于内窥探头末端，光纤8的端面置于椭球反射镜9的上焦点处。光从光纤8端面出射，经椭球面反射镜9反射后，在椭球反射面的下焦点处聚焦，该聚焦点照射在生物样品上。从生物样品背向散射回来的光沿原光路返回至光纤8，由探测装置6接收。采用上述利用椭球面反射镜聚焦的OCT内窥探头，可以有效地消除色差和像差，增大数值孔径，从而提高系统的横向分辨率。

如图3所示，本发明设计的利用非球面透射镜聚焦的OCT内窥探头，主要包括套管7，置于套管7内的光纤8和非球面透镜10，以及相应的扫描驱动装置；所述的非球面透镜位于内窥探头末端。光从光纤8的端面出射，经非球面透射镜10折射后，在生物组织上聚焦。从生物组织背向散射回来的光沿原光路返回至光纤8，由探测装置6接收。采用上述利用非球面透射镜聚焦的OCT内窥探头，可以有效地消除像差，增大数值孔径，从而提高系统的横向分辨率。

上述OCT内窥探头系统中，还可以包括一个微型动力装置，比如超声马达、压电陶瓷、MEMS等，带动椭球面反射镜或非球面透射镜做旋转式、前向式，直线式以及定点成像等各种扫描成像方式的OCT系统。

如图4所示，说明椭球反射面的面型和光路：光从光纤端面出射，该光纤端面置于椭球反射面的上焦点11处。发散光束经椭球面9反射并聚焦在椭球面的下焦点12处。可以根据实际需要选择椭球面的面型和大小，以获得合适的探头口径和工作距离。

如图5所示，说明非球面透射镜的几何结构和光路：该非球面透镜由入射侧面14、反射侧面15和非球面13组成，其几何形状类似于三角棱镜，非球面13作为消像差聚焦用；光从入射侧面14入射，经折射后到达反射侧面15，经全反射或由反射膜反射到达非球面13，然后聚焦在生物样品上。可以根据实际需要选择非球面的面型和大小，以获得合适的探头口径和工作距离。

Claims

1.一种光学相干层析内窥成像系统，含有内窥探头，其特征在于：所述的内窥探头包括套管，置于套管内的光纤和椭球面反射镜，所述的椭球面反射镜位于内窥探头末端，所述的光纤的端面置于椭球面的上焦点处；光从光纤端面出射，经椭球面反射镜反射后，在椭球反射面的下焦点处聚焦，该聚焦点照射在生物样品上。

2.一种光学相干层析内窥成像系统，含有内窥探头，其特征在于：所述的内窥探头含有套管，置于套管内的光纤和非球面透镜，所述的非球面透镜位于内窥探头末端，该非球面透镜由入射侧面、反射侧面和非球面组成，其几何形状类似于三角棱镜，该非球面作为消像差聚焦用；光从入射侧面入射，经折射后到达反射侧面，经全反射或由反射膜反射到达非球面，然后聚焦在生物样品上。