CN105769112A - 一种用于内窥成像的光学探头 - Google Patents

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Abstract

一种用于内窥成像的光学探头，包括固定在光纤外套管内的光纤、透明外套管以及组装在该透明外套管内的微型电机、自聚焦透镜和直角棱镜；光纤外套管的一端嵌入在透明外套管的前端，该光纤外套管的另一端与光纤接头相连；微型电机的转轴为中空，自聚焦透镜安装于其中，且靠近光纤外套管中光纤的末端，光纤的中轴线与自聚焦透镜的中轴线保持在同一水平线上，且两者间有间隔；直角棱镜固定在所述转轴的末端。本发明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。

Description

一种用于内窥成像的光学探头
技术领域
本发明涉及医学成像仪器行业，特别涉及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。
在先技术一中国专利公开号为CN104887172A的发明专利文献中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。该种技术方案可对腔道内壁进行360度的无遮挡成像，但是该种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，从而导致非均匀旋转畸变，影响OCT系统成像质量。
在先技术二中国专利公开号为CN102401995B的发明专利文献中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(通常为60度左右)，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。
在先技术三中国专利公开号为CN202437064U的发明专利文献中公开了一种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，其将直角棱镜安装在微型电机上，直角棱镜斜面与自聚焦透镜在探头内正对安装，电机导线从尾部紧贴探头外套管内壁穿过直角棱镜和自聚焦透镜间缝隙送回供电端。电机转轴转动后带动其轴上的直角棱镜转动，通过自聚焦透镜入射到直角棱镜斜面的光反射到腔道壁上，从而对腔道壁进行扫描。该种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。
发明内容
针对现有上述技术的缺点，本发明公开一种用于内窥成像的光学探头。本发明发挥了微型电机体积小、转速高的优点，将OCT光学探头中的自聚焦透镜置于中空的微型电机转轴中，将探头末端的光纤与自聚焦透镜空间上分离，可以稳定的传输光学信号，具有结构简单、扫描速度快、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。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种用于内窥成像的光学探头，包括固定在光纤外套管内的光纤、透明外套管以及组装在该透明外套管内的微型电机、自聚焦透镜和直角棱镜；
所述光纤外套管的一端嵌入在透明外套管的前端，该光纤外套管的另一端与光纤接头相连；
所述微型电机的转轴为中空，所述自聚焦透镜安装于其中，且靠近光纤外套管中光纤的末端，光纤的中轴线与自聚焦透镜的中轴线保持在同一水平线上，且两者间有间隔；所述直角棱镜固定在所述转轴的末端。
所述微型电机的导线从靠近光纤末端、且紧贴所述透明外套管内壁引出接入，并与电源相连，用以提供电流驱动微型电机转轴旋转。
所述透明外套管的末端用塑料密封。
所述自聚焦透镜和直角棱镜相互接触或相互分离。
所述光纤靠近微型电机的末端一小段也置于透明外套管中，所述光纤中轴线与置于中空转轴中的自聚焦透镜的中轴线对齐但有细微间隔，微型电机转轴转动时不会影响光纤。
由于导线与自聚焦透镜、电机、光纤末端在同一端，探测时无微型电机导线导致的阴影区。光纤末端、微型电机、自聚焦透镜、直角棱镜封装在透明外壳中，所述透明外套管末端用塑料或者其他材料密封。
当导线通电时，驱动微型电机转轴转动，从而使从直角棱镜斜边反射的光可沿透明外套管径向360度扫描。
优选的，所述自聚焦透镜两端面被打磨成斜8度角，用以减少端面反射。
优选的，所述自聚焦透镜在两端面镀有增透膜，用以减少回波损耗。
优选的，所述直角棱镜在斜面镀有反射膜，用以增加自聚焦透镜出射的光入射到直角棱镜斜面时的反射率。
优选的，所述直角棱镜平行于电机转轴中轴线的直角面可以为圆弧面，用以改变从直角棱镜斜面反射的光通过该面后的光斑大小或聚焦距离。
优选的，所述粘连直角棱镜一端电机转轴可以附加一个基座用于增大与自聚焦透镜粘连的表面积，使自聚焦透镜更加牢固的粘连在转轴上。该基座可以为正方体或长方体，但其中间有与电机转轴中空轴直径相等的通孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)将光纤末端、微型电机、自聚焦透镜、直角棱镜置于同一端安装于透明外套管内，结构精简，易于装配。
2)同时，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，本发明将自聚焦透镜安装于中空的微型电机转轴中，避免了将电机导线从尾部通过透明外套管内壁绕回，从而不会产生由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
附图是本发明用于内窥成像的光学探头的结构示意图；
图中：
1-光纤外套管；2-透明外套管；3-微型电机；4-中空电机转轴；5-透明外套管末端；6-直角棱镜；7-自聚焦透镜；8-光纤；9-导线；10-光纤接头。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如1图所示，一种基于微型电机的无成像阴影光学探头，包括光纤接头10、光纤外套管1、透明外套管2及组装在透明外套管内的微型电机3、自聚焦透镜7、直角棱镜6，所述微型电机转轴4是中空的，将自聚焦透镜7安装于其中，并将光纤外套管1中光纤8末端中轴线与置于中空转轴4中的自聚焦透镜7的中轴线对齐但有细微间隔，所述中空转轴4另一端粘连直角棱棱6，所述微型电机3的导线9从靠近光纤8末端的一侧紧贴透明外套管2内壁引出接入电源，用以提供电流驱动微型电机3转轴旋转。所述透明外套管2末端5用塑料或者其他材料密封。
探头透明外套管2及其末端5密封材料的材质选择上，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。透明外套管2厚度可小于200um，以获得较高的光透过率。
目前已知商用自聚焦透镜7直径最小为125um，非常适合安装于中空的电机转轴4中。自聚焦透镜7具有自聚焦特性，选择合适长度的自聚焦透镜7使其长度小于或者等于电机中空转轴4长度，这样便可在转轴另一端安装直角棱镜。
转轴末端安装有直角棱镜，将从自聚焦透镜入射到直角棱镜斜面的光经反射后入射到血管壁或其他生物组织。微型电机通电后带动自聚焦透镜和直角棱镜旋转，从而使从直角棱镜斜面出射的光做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。

Claims (7)

1.一种用于内窥成像的光学探头，其特征在于，包括固定在光纤外套管(1)内的光纤(8)、透明外套管(2)以及组装在该透明外套管(2)内的微型电机(3)、自聚焦透镜(7)和直角棱镜(6)；
所述光纤外套管(1)的一端嵌入在透明外套管(2)的前端，该光纤外套管(1)的另一端与光纤接头(10)相连；
所述微型电机(3)的转轴(4)为中空，所述自聚焦透镜(7)安装于其中，且靠近光纤外套管(1)中光纤(8)的末端，光纤(8)的中轴线与自聚焦透镜(7)的中轴线保持在同一水平线上，且两者间有间隔；所述直角棱镜(6)固定在所述转轴(4)的末端。
2.如权利要求1所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述微型电机(3)的导线(9)从靠近光纤(8)末端、且紧贴所述透明外套管(2)内壁引出，并与电源相连。
3.如权利要求1所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述透明外套管(2)的末端(5)用塑料密封。
4.如权利要求1所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述自聚焦透镜(7)和直角棱棱镜(6)相互接触或相互分离。
5.如权利要求1-4任一所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的两端面打磨成斜8度角。
6.如权利要求1-4任一所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的两端面镀有增透膜。
7.如权利要求1-4任一所述的用于内窥成像的光学探头，其特征在于，所述直角棱镜的斜面镀有反射膜。
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