CN107692969A - 一种内窥型光学相干断层成像探头及其成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内窥型光学相干断层成像探头及其成像系统，所述内窥型光学相干断层成像探头包括单模光纤和光束转折构件，所述单模光纤的末端和光束转折构件之间设有反射面，所述光束转折构件包括光束转折面，光束转折面或其切面与单模光纤的轴心线的夹角为锐角；单模光纤射出的光束的小部分光经所述反射面产生反射而原路返回，形成参考光，单模光纤射出的光束的大部分光射到光束转折面上反射后投向待测样品组织，从样品组织上返回的信号光经光束转折构件后被耦合进入到探头单模光纤后，与参考光汇合形成干涉光信号。采用本发明的技术方案，参考臂与样品臂共用光路，整个光路系统更为简单、紧凑、可靠性更高；提高了图像的质量和稳定性。

Description

一种内窥型光学相干断层成像探头及其成像系统
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种内窥型光学相干断层成像探头及其成像系统。
背景技术
自1991年麻省理工的Fujimoto和David Huang发明OCT（(optical coherencetomography，光学相干断层成像技术）以来，OCT在医疗领域的应用便迅速发展起来，其中在眼科领域的应用最为成熟。另外，在心内科、呼吸科、消化内科、泌尿科领域，内窥型OCT以其探测深度浅但分辨率高的特点，与超声内窥镜（探测深度深、分辨率低）形成互补的关系。特别是在心内科心血管检查时，内窥型心血管OCT已有成熟的仪器和较多的临床使用病例，很大程度上弥补了IVUS（intravenous ultrasound，心血管内超声）技术由于分辨率不足而无法看到心血管内精细结构的缺陷。
传统内窥型OCT光路的基本结构为迈克尔逊干涉仪，光源出来的激光通过光纤耦合器，10%分配到参考臂，90%分配到样品臂。从参考臂返回的参考光和从样品组织返回的信号光通过50/50的光纤耦合器汇合形成干涉信号，如图1所示。在这种传统结构光路中，参考光和信号光分别在独立的的光路中传输，会带来以下的问题：
1.由于OCT探头高速旋转，参考臂保持静止，两路光的偏振态无法保持一致，导致干涉信号产生强弱起伏变化，影响最终图像质量。
2.由于OCT探头为一次性使用耗材产品，每次给病人做检查都要使用新的探头，探头制造过程中会无法保证每个探头的长度严格一致，致使每次给病人使用时都需要调节参考臂来进行两路光的光程匹配。医生操作繁杂，同时也给整套成像系统带来不稳定因素。
3.由于参考臂光束在空气中传播，而样品臂（即探头）部分光束完全在光纤内传播，导致两路光的色散不一致，使图像质量严重下降。如需色散补偿，则需要通过复杂的软件算法来进行。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种内窥型光学相干断层成像探头及其成像系统，能够很好地避免上述由于参考光路径和信号光路径分开来所导致的三个问题，而且整个光路系统更为简单、紧凑、可靠性更高。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种内窥型光学相干断层成像探头，其包括单模光纤和光束转折构件，所述单模光纤的末端和光束转折构件之间设有反射面，所述光束转折构件包括光束转折面，所述光束转折面或其切面与单模光纤的轴心线的夹角为锐角；所述单模光纤射出的光束的小部分光经所述反射面产生反射而原路返回，形成参考光，所述单模光纤射出的光束的大部分光射到光束转折面上反射后投向待测样品组织，从样品组织上返回的信号光经光束转折构件后被耦合进入到探头单模光纤后，与参考光汇合形成干涉光信号。
采用此技术方案，光源的激光束由探头的单模光纤的接头端耦合进入后，传输至单模光纤的末端，此时由于单模光纤的末端端面设置为反射面，小部分光将会产生反射，原路返回，这部分光即为参考光；大部分光将会穿过反射面，此部分为样品光。而后紧邻的光束转折部件，将样品光变成转折光束使得样品光从侧面出射，聚焦到样品组织上。从样品组织上返回的信号光被耦合进入到探头单模光纤后，与参考光汇合形成干涉光信号，这样整个光路系统更为简单、紧凑、可靠性更高；而且不需要单独参考臂，也避免由于参考臂光路和样品臂（探头）光路分离，导致参考光和信号光偏振态难以匹配一致的问题，从而消除两路光偏振态对图像质量的影响，提高了图像的质量和稳定性。其中的光束转折构件可以为反光镜。
作为本发明的进一步改进，所述单模光纤和光束转折构件之间设有聚焦构件。进一步的，所述聚焦构件与单模光纤的末端之间设有间隙。采用此技术方案，紧邻单模光纤末端设置的聚焦部件，对样品光进行聚焦，具有更好的效果。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦构件与光束转折构件之间设有间隙。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦构件与光束转折构件固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦构件与光束转折构件为一体式结构。
作为本发明的进一步改进，所述聚焦构件为聚焦透镜。
作为本发明的进一步改进，所述单模光纤和光束转折构件同轴设置。
本发明还公开了一种内窥型光学相干断层成像系统，其包括如上任意一项所述的内窥型光学相干断层成像探头、扫频光源、光纤环行器、光纤滑环、光纤耦合器、平衡光电探测器，所述光纤环行器分别和光纤滑环、光纤耦合器连接，所述光纤滑环与内窥型光学相干断层成像探头连接，所述光纤耦合器与平衡光电探测器连接；所述扫频光源发出的激光依次经过光纤环行器和光纤滑环，传输至内窥型光学相干断层成像探头，由内窥型光学相干断层成像探头回来的干涉光信号依次经光纤滑环、光纤环行器返回，通过光纤耦合器输入至平衡光电探测器转换成电信号，所述电信号经过信号和图像处理获得样品组织图像。进一步的，该系统还包括主机和与主机连接的数据采集卡，所述平衡光电探测器与数据采集卡电连接，可以将信号发送到主机上进行处理，形成图像。
作为本发明的进一步改进，所述内窥型光学相干断层成像系统还包括旋转马达和回拉平移台，所述旋转马达、回拉平移台与光纤滑环连接，所述旋转马达带动光纤滑环旋转，所述回拉平移台带动光纤滑环从而带动内窥型光学相干断层成像探头回撤。此技术方案中，可以通过计算机或其他控制设备对马达控制器和平移台控制器进行控制，从而实现自动控制。
作为本发明的进一步改进，所述光纤耦合器为50/50分光的光纤耦合器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
第一，采用本发明的技术方案，能够避免由于参考臂光路和样品臂（探头）光路分离，导致参考光和信号光偏振态难以匹配一致的问题，从而消除两路光偏振态对图像质量的影响，能够提高图像的质量和稳定性。
第二，采用本发明的技术方案，使用过程中无需匹配参考臂和样品臂（探头）的光程，简化系统设计和医生操作，同时能够使系统的稳定性得到很大提高。
第三，采用本发明的技术方案，由于参考光光路和信号光光路完全共路，故无需对两光路进行额外的色散补偿，简化信号处理过程，同时亦能保证图像具有较高的纵向分辨率。
第四，采用本发明的技术方案，省略了独立参考臂光路，参考臂与样品臂共用光路，使得整个系统的设计更为简单紧凑，很好地减少了影响系统稳定性的因素的引入。同时，降低了整个成像系统的成本。
附图说明
图1为现有技术的内窥型OCT的系统图。
图2为本发明中实施例1的OCT探头示意图。
图3为本发明中实施例2的OCT探头示意图。
图4为本发明中实施例3的OCT探头示意图。
图5为本发明的内窥型OCT的系统图。
附图标记包括：1-单模光纤，2-参考光，3-样品光，4聚焦和光束转折构件，5-聚焦透镜，6-聚焦构件，7-光束转折构件，8-光束转折面，9-样品组织。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
如图2所示，一种内窥型光学相干断层成像探头，其包括单模光纤1、一体式结构的聚焦和光束转折构件4。所述单模光纤1的末端和聚焦和光束转折构件4之间设有反射面，所述聚焦和光束转折构件7包括光束转折面8，所述光束转折面8或其切面与单模光纤1的轴心线的夹角为锐角；所述单模光纤1射出的光束的小部分光经所述反射面产生反射而原路返回，形成参考光2，所述单模光纤1射出的光束的大部分光射到光束转折面8上反射后投向待测样品组织9，从样品组织9上返回的信号光经聚焦和光束转折构件4后被耦合进入到探头单模光纤1后，与参考光2汇合形成干涉光信号。优选的，所述光束转折面8为抛物面。所述单模光纤1和聚焦和光束转折构件7同轴设置。
如图2所示，激光由探头单模光纤1的接头端进入后，传输至单模光纤1的末端，在反射面小部分光产生反射而原路返回，形成参考光2；大部分光从单模光纤1的末端穿反射面出射，形成样品光3，所述聚焦和光束转折构件4对样品光3进行聚焦和光束转折使其从光束转折面8出射，聚焦到样品组织9上。从样品组织9上返回的信号光经过光束转折面8被耦合进入到探头单模光纤1后，与参考光2汇合形成干涉光信号。其中，所述光束转折构件7为反光镜或直角棱镜。
实施例2
如图3所示，一种内窥型光学相干断层成像探头，其包括单模光纤1、聚焦透镜5与光束转折构件7，所述单模光纤1的末端和聚焦透镜5之间设有间隙，所述聚焦透镜5与光束转折构件7之间留有间隙，所述光束转折构件7包括光束转折面8，所述光束转折面8或其切面与单模光纤1的轴心线的夹角为锐角；所述单模光纤1和光束转折构件7同轴设置。所述单模光纤1射出的光束的小部分光产生反射而原路返回，形成参考光2，所述单模光纤1射出的光束的大部分光经过聚焦透镜5聚焦后射到光束转折面8上反射后投向待测样品组织9，从样品组织9上返回的信号光经光束转折构件7后被耦合进入到探头单模光纤1后，与参考光2汇合形成干涉光信号。其中，所述光束转折构件7为反光镜或直角棱镜。
实施例3
如图4所示，一种内窥型光学相干断层成像探头，其包括单模光纤1、聚焦构件6与光束转折构件7，所述单模光纤1的末端和聚焦构件6之间设有间隙，所述聚焦构件6与光束转折构件7固定连接，所述聚焦构件6位于靠近单模光纤1的末端一侧，所述光束转折构件7包括光束转折面8，所述光束转折面8或其切面与单模光纤1的轴心线的夹角为锐角；所述光束转折面8位于光束转折构件7的末端，其朝着样品组织9；所述单模光纤1和光束转折构件7同轴设置。所述单模光纤1射出的光束的小部分光产生反射而原路返回，形成参考光2，所述单模光纤1射出的光束的大部分光经聚焦构件6聚焦后射到光束转折面8上反射后投向待测样品组织9，从样品组织9上返回的信号光经光束转折构件7后被耦合进入到探头单模光纤1后，与参考光2汇合形成干涉光信号。其中，所述聚焦构件6优选为聚焦透镜。所述光束转折构件7为反光镜或直角棱镜。
实施例4
如图5所示，一种内窥型光学相干断层成像系统，其包括实施例1、实施例2或实施例3的内窥型光学相干断层成像探头，即OCT探头，还包括扫频光源、光纤环行器、光纤滑环、光纤耦合器、平衡光电探测器、旋转马达、回拉平移台、数据采集卡、计算机、马达控制器、平移台控制器，所述光纤环行器分别和光纤滑环、光纤耦合器连接，所述光纤滑环与内窥型光学相干断层成像探头连接，所述扫频光源发出的激光依次经过光纤环行器和光纤滑环，传输至内窥型光学相干断层成像探头，由内窥型光学相干断层成像探头回来的干涉光信号依次经光纤滑环、光纤环行器返回，进入至光纤耦合器输入端，分成两路光强相等的光，输入至平衡光电探测器，干涉光信号转换成电信号。电信号由平衡光电探测器的RF输出端输出至插接在电脑中的数据采集卡，数据采集卡由扫频光源的A触发信号和K时钟来同步，对平衡光电探测器输出的电信号进行重采样。最后由计算机对信号进行处理，形成图像。
如图5所示，所述旋转马达、回拉平移台与光纤滑环连接，所述计算机通过马达控制器，控制旋转马达带动光纤滑环旋转，所述计算机通过平移台控制器，控制回拉平移台带动光纤滑环从而带动内窥型光学相干断层成像探头回撤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：其包括单模光纤和光束转折构件，所述单模光纤的末端和光束转折构件之间设有反射面，所述光束转折构件包括光束转折面，所述光束转折面或其切面与单模光纤的轴心线的夹角为锐角；所述单模光纤射出的光束的小部分光经所述反射面产生反射而原路返回，形成参考光，所述单模光纤射出的光束的大部分光射到光束转折面上反射后投向待测样品组织，从样品组织上返回的信号光经光束转折构件后被耦合进入到探头单模光纤后，与参考光汇合形成干涉光信号。
2.根据权利要求1所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述单模光纤和光束转折构件之间设有聚焦构件。
3.根据权利要求2所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述聚焦构件与光束转折构件之间设有间隙。
4.根据权利要求2所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述聚焦构件与光束转折构件固定连接。
5.根据权利要求2所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述聚焦构件与光束转折构件为一体式结构。
6.根据权利要求2所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述聚焦构件为聚焦透镜。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的内窥型光学相干断层成像探头，其特征在于：所述单模光纤和光束转折构件同轴设置。
8.一种内窥型光学相干断层成像系统，其特征在于：其包括如权利要求1~7任意一项所述的内窥型光学相干断层成像探头、扫频光源、光纤环行器、光纤滑环、光纤耦合器、平衡光电探测器，所述光纤环行器分别和光纤滑环、光纤耦合器连接，所述光纤滑环与内窥型光学相干断层成像探头连接，所述光纤耦合器与平衡光电探测器连接；所述扫频光源发出的激光依次经过光纤环行器和光纤滑环，传输至内窥型光学相干断层成像探头；由内窥型光学相干断层成像探头回来的干涉光信号依次经光纤滑环、光纤环行器返回，通过光纤耦合器输入至平衡光电探测器转换成电信号，所述电信号经过信号和图像处理获得样品组织图像。
9.根据权利要求8所述的内窥型光学相干断层成像系统，其特征在于：其还包括旋转马达和回拉平移台，所述旋转马达、回拉平移台与光纤滑环连接，所述旋转马达带动光纤滑环旋转，所述回拉平移台带动光纤滑环从而带动内窥型光学相干断层成像探头回撤。
10.根据权利要求8所述的内窥型光学相干断层成像系统，其特征在于：所述光纤耦合器为50/50分光的光纤耦合器。
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