CN107669245A - 一种多功能阵列光学相干断层成像探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能阵列光学相干断层成像探头，包括基体、成像探头组件以及扩展功能元件；成像探头区域为沿基体圆周方向均匀分布的多个通孔，通孔沿基体的轴向开设；扩展区域为沿基体中心轴开设的中心孔；成像探头组件包括多个分别安装在多个通孔内的垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器，且间隔布置；垂直出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线平行；折射出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线之间的夹角为0°‑90°；扩展功能元件安装在中心孔内用于实时观测病变表层部位或者进行消融治疗。本发明可以全方位探测病变区域的同时解决了实时观测以及无法同时进行病变区域的消融治疗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多功能阵列光学相干断层成像探头。
背景技术
随着科学的发展，在医学和生物学中，先后出现了各种各样的成像仪器，例如：超声成像、X光成像、CT、MRI和PET等等，这些仪器多少都有自己的优点和不足之处：
超声成像依赖于生物组织的声阻抗，对比度差，难以发现早期的癌变；
X光成像依赖于生物组织的密度，密度越大，图像就越白，对于密度接近的不同器官和组织的图像则因对比度不高而无法分辨，而且X射线透视使组织遭受强离子辐射的作用，入射的高能量会使生物组织离化。
层析成像技术中的CT、MRI和PET设备的使用费用昂贵，对人体有一定的损伤作用；例如：
1、CT具有较高的成像深度，可以探测整个身体，分辨率能达到0.7mm至2.0mm，不过扫描和大计算量的图像重建工作都要花费较长的时间，得到一幅完整的CT图像一般需要十几秒钟，因此它不适合作实时高分辨率成像；
2、MRI基于强磁场和高频信号导致体内原子共振发出他们本身的信息，而且其分辨率也相对比较低。
而光学成像技术成为了相对比较理想的技术，其中最主要的代表是光学相干断层成像技术(Optical Coherence Tomography)OCT。他的优点在于：利用对人体无损伤的红外光作为光源(一般是830nm，1064nm或1310nm)，利用相干时间门的原理实现层析，具有很高的分辨率(微米级)，可实现非接触、无辐射、高分辨率并实时成像和在体活检。由于具备上述特别的优点，光学相干断层成像技术是近20年来发展最快的一种医学成像技术，主要用于眼科、皮肤、牙科、心血管、呼吸道和肠道、早期癌症检测等。
OCT成像虽然具有很明显的优势，然而在病变区域探测中也存在一定的局限性：
1.光学相干断层成像技术的轴向分辨率能10um左右，在血管OCT和体腔OCT探测已经达到比较高的标准，但横向分辨率只有30um左右，在血管OCT或体腔OCT探测中受到一定限制，横向分辨率低于轴向分辨率，需要提高。
2.OCT成像普遍采用红外光源，目前临床主要用于眼科OCT和血管OCT，主要用于高分辨率成像，不能对病变部位进行消融治疗，患者如需治疗，就需要经历病变部位检查和病变部位治疗两个过程，耗时耗力。
3.OCT探头目前多采用单光束单方向探测，在人体血管或者脏体探测中，需要多次改变探头的位置，或者旋转探头的方向，图像合成后，才能得到目标区域的全方位图像，拍的图像越多，耗时越多。只有一根光纤8传导光，对应光纤8出光端，只有一个透镜5，或者在透镜5端面再加入棱镜6，用来准直光纤出射的高斯光束。如图1所示。
发明内容
为了克服现有光学相干断层成像技术存在的探测方向单一、轴向分辨率低以及只有成像功能的技术问题，本发明提供一种在探测人体病变部位的同时，完成阵列OCT全方位成像以及病变区域的消融治疗的多功能阵列光学相干断层成像探头。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种多功能阵列光学相干断层成像探头，包括基体、成像探头组件以及扩展功能元件；
基体上设置有成像探头区域和扩展区域；
成像探头区域为沿基体圆周方向均匀分布的多个通孔，所述通孔沿基体的轴向开设；
扩展区域为沿基体中心轴开设的中心孔；
所述成像探头组件包括多个垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器；多个垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器分别安装在多个通孔内，且间隔布置；垂直出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线平行；折射出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线之间的夹角为0°-90°；
扩展功能元件安装在中心孔内用于实时观测病变表层部位或者进行消融治疗。
可选的，扩展功能元件为内窥成像探头或消融装置。
具体来说，垂直出射光准直器包括光纤、毛细管以及透镜；光纤一端贯穿过毛细管与透镜连接，另一端向外伸出毛细管；光纤发出的出射光经过透镜后垂直出射；
折射出射光准直器包括垂直出射光准直器以及棱镜；棱镜安装在垂直出射光准直器出射光的光路上，并将垂直出射光准直器出射光进行折射。
进一步地，为了适应治疗病区的空间大小，所述基体的外径为1.0-5.0mm，所述中心孔的尺寸为0.1-4.0mm。
优选的，述垂直出射光准直器以及折射出射光准直器的光斑直径均为50-100um，工作距离为2.0-2.5mm。
为了确保折射出射光准直器和垂直出射光准直器的出射光角度误差不影响使用效果，因此折射出射光准直器中经倾斜反射面出射的光与中心孔之间的夹角以及垂直出射光准直器中经透镜出射的光与中心孔之间的夹角误差在±5°之内。
具体来说，上述棱镜的倾斜反射面上镀有全反射膜层，且所述全反射膜层为金属膜层或者介质膜层。
另外，当扩展功能元件为消融装置时，为了便于走线，基体的外表面有多条沿轴向设置的槽沟。
进一步的，所述基体的材质为满足生物兼容性的材料。
优选的，所述基体的材质为石英。
相对于现有技术来说，本发明的有益效果为：
1、OCT探头全方位多角度探测：OCT探头目前多采用单光束单方向探测，在人体血管或者脏体探测中，需要多次改变探头的位置，或者旋转探头的方向，图像合成后，才能得到目标区域的全方位图像，拍的图像越多，耗时越多。本发明的成像探头组件包括了多个垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器，可以同时探测多个角度，增加OCT的成像效率和成像范围，从而提高了探测效率和横向分辨率。
2、OCT探头联合内窥镜一起使用，内窥镜采用可见光进行主动照明，可以实时观测病变部位表层图像，配合OCT使用可以达到事半功倍的效果。
3、OCT探头联合消融技术在探测的同时对病变部位进行消融治疗。目前国内外应用较广泛的是射频消融和微波消融，其中微波消融以其安全性、术前准备工作少，以及2D观察准确性，比射频消融更胜一筹。微波消融的引导定位方式一般是B超、CT、MRI，通过这些影像系统对病变部位进行定位，再用微波消融针对病变部位进行消融。引导定位仪器与微波消融仪器独立工作，互相配合，不但增加手术成本，而且影像系统的分辨率较差，对于尺寸较小的病变部位，手术准确度会存在很大的问题。本发明中在基体上加入消融装置，系统合二为一，同时完成高分辨成像及微波消融治疗，会提高手术的精准度，而且能减轻医护人员术中的工作量，减少手术费用。
附图说明
图1为原有光学OCT探头的结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为本发明的端面示意图；
图4为垂直出射光准直器的光路示意图；
图5为折射出射光准直器的光路示意图。
附图标记如下：
1.基体、2.折射出射光准直器的出射光、3.垂直出射光准直器的出射光、4.中心孔、5.透镜、6.棱镜、7.毛细管；8.光纤、9-槽沟、10-折射出射光准直器、11-垂直出射光准直器、
具体实施方式
如图2和图3所示，本发明提供一种多功能阵列光学相干断层成像探头，包括基体1、成像探头组件以及扩展功能元件；
基体上设置有成像探头区域和扩展区域；
成像探头区域为沿基体1圆周方向均匀分布的多个通孔，所述通孔沿基体的轴向开设；
扩展区域为沿基体1中心轴开设的中心孔4；
所述成像探头组件包括多个垂直出射光准直器11以及多个折射出射光准直器10；多个垂直出射光准直器11以及多个折射出射光准直器10分别安装在多个通孔内，且间隔布置；垂直出射光准直器11的出射光3与所述中心孔4的中心线平行；折射出射光准直器的出射光2与所述中心孔4的中心线之间的夹角为60°(根据实际需求这个夹角可以在0°至90°范围内调整)；本实施例中垂直出射光准直器11以及折射出射光准直器10均为3个；基体的外径为1.0-5.0mm，中心孔4的尺寸为0.1-4.0mm。垂直出射光准直器11以及折射出射光准直器10的光斑直径均为50-100um，工作距离为2.0-2.5mm。
如图4和5，垂直出射光准直器11包括光纤8、毛细管7以及透镜5；光纤8一端贯穿过毛细管7与透镜5连接，另一端向外伸出毛细管7；光纤8发出的出射光经过透镜5后垂直出射；
折射出射光准直器10包括垂直出射光准直器11以及棱镜6；棱镜6安装在垂直出射光准直器11出射光的光路上，并将垂直出射光准直器出射光进行折射。
扩展功能元件安装在中心孔内用于实时观测病变表层部位或者进行消融治疗。其中，消融元件为内窥成像探头时用来补充OCT的探测深度不足，或者为消融装置时，在成像的过程的同时完成对病变区域的消融治疗。
为了避免加工误差和装配误差的会影响整个探头的使用效果，因此折射出射光准直器中经倾斜反射面出射的光与中心孔之间的夹角以及垂直出射光准直器中经透镜出射的光与中心孔之间的夹角误差在±5°之内。
另外，当扩展功能元件为消融装置时，为了便于走线，基体的外表面有多条沿轴向设置的槽沟，当扩展功能元件为内窥镜探头时，则不需要设置槽沟9。
具体来说，棱镜的倾斜反射面上镀有全反射膜层，且所述全反射膜层为金属膜层或者介质膜层。
进一步的，所述基体的材质为满足生物兼容性的材料，优选的材质为石英。
Claims (10)
1.一种多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：包括基体、成像探头组件以及扩展功能元件；
基体上设置有成像探头区域和扩展区域；
成像探头区域为沿基体圆周方向均匀分布的多个通孔，所述通孔沿基体的轴向开设；
扩展区域为沿基体中心轴开设的中心孔；
所述成像探头组件包括多个垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器；多个垂直出射光准直器以及多个折射出射光准直器分别安装在多个通孔内，且间隔布置；垂直出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线平行；折射出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线之间的夹角为0°-90°；
扩展功能元件安装在中心孔内用于实时观测病变表层部位或者进行消融治疗。
2.根据权利要求1所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：扩展功能元件为内窥成像探头或消融装置。
3.根据权利要求1或2所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述垂直出射光准直器包括光纤、毛细管以及透镜；光纤一端贯穿过毛细管与透镜连接，另一端向外伸出毛细管；光纤发出的出射光经过透镜后垂直出射；
折射出射光准直器包括垂直出射光准直器以及棱镜；棱镜安装在垂直出射光准直器出射光的光路上，并将垂直出射光准直器出射光进行折射。
4.根据权利要求3所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述基体的外径为1.0-5.0mm，所述中心孔的尺寸为0.1-4.0mm。
5.根据权利要求4所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述垂直出射光准直器以及折射出射光准直器的光斑直径均为50-100um，工作距离为2.0-2.5mm；折射出射光准直器的出射光与所述中心孔的中心线之间的夹角为60°。
6.根据权利要求3所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述折射出射光准直器中经倾斜反射面出射的光与中心孔之间的夹角以及垂直出射光准直器中经透镜出射的光与中心孔之间的夹角误差在±5°之内。
7.根据权利要求6所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述棱镜的倾斜反射面上镀有全反射膜层，且所述全反射膜层为金属膜层或者介质膜层。
8.根据权利要求7所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述基体的外表面设置有多条沿轴向设置的槽沟。
9.根据权利要求1所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述基体的材质为满足生物兼容性的材料。
10.根据权利要求9所述的多功能阵列光学相干断层成像探头，其特征在于：所述基体的材质为石英。
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