CN108354574B - 一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头 - Google Patents

一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头 Download PDF

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Abstract

本发明提出的一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，属于光学相干层析成像内窥探头技术领域，包括基座和设置在其上呈环形阵列式排布的多个扫描单元；各扫描单元均包括共光轴设置的柱状透镜光纤准直器和MEMS微振镜各一个，各微振镜分别与一块柔性PCB板电连接；基座整体呈柱状，由从上至下共轴设置的第一圆柱、正棱柱、正棱台和第二圆柱结构一体成型，该基座上沿其中轴线方向设有容纳柔性PCB板电线的通孔，第一圆柱结构内还设有固定各柱状透镜光纤准直器的通孔，正棱台结构各侧面上分别设置微振镜，各微振镜下方所对应的第二圆柱结构区域内分别开设用于固定柔性PCB板的凹槽。本发明可同时兼顾环形360°的扫描和局部扫描。

Description

一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头
技术领域
本发明属于光学相干层析成像内窥探头技术领域，更具体的是涉及一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探。
背景技术
内窥光学相干层析成像(optical coherence tomography:OCT)是OCT技术发展的最重要的领域，也是应用前景最广的领域。
内窥OCT最成熟的技术方案就是环扫式内窥OCT[Gora,M.J.,Melissa j.Suter,Guillermo j.Tearney,Xingde Li..,Endoscopic optical coherence tomography:technologies and clinical applications Invited.Biomedical optical Express,8(5):2444-2484(2017).]。环扫式内窥探头的工作原理是使用柱状透镜将光纤发出的光聚焦，在聚焦光路上放置转折棱镜将光束反射指向垂直于光纤的方向，通过将整个探头或者利用微马达转动棱镜环形扫描360°，从而实现环扫成像，通过探头沿管道状样品方向向前推或者向后拉的方式来获得3-D成像。这种方式的缺点在于不能针对局部区域进行成像，并要通过推或者拉动探头对一段管道状样品成像并重建后才能看到该样品的某些细节。
此外，还有学者研究出了单个扫描单元，该扫描单元由一根光纤、一个柱状透镜和一个MEMS微振镜构成。光纤和柱状透镜构成了一个光纤准直器，能将光纤发出的光聚焦。在聚焦光路的MEMS微振镜将光束反射指向垂直于光纤的方向，微机电系统(microelectromechanicalsystems:MEMS)微振镜可以在平行镜面的两个维度上转动，从而将光束反射向不同的角度实现扫描[J.Sun,S.Guo,L.Wu,L.Liu,S.Choe,B.S.Sorg,andH.Xie,“3D in vivo optical coherence tomography based on a low voltage,large-scan-range 2D MEMS mirror,”Opt.Express 18,12065–12075(2010)和K.H.Kim,B.H.Park,G.N.Maguluri,T.W.Lee,F.J.Rogomentich,M.G.Bancu,B.E.Bouma,J.F.deBoer,and J.J.Bernstein,“Two-axis magnetically-driven MEMS scanning catheterfor endoscopic high-speed optical coherence tomography,”Opt.Express 15,18130–18140(2007).]。但是如何利用该扫描单元实现360°的环形扫描，目前未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，本发明具有能同时兼顾环形扫描和局部细节扫描的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，包括一个基座和设置在该基座上呈环形阵列式排布的多个相同的扫描单元；其中，各扫描单元均包括共光轴设置的柱状透镜光纤准直器和MEMS微振镜各一个，各MEMS微振镜分别与一块柔性PCB板电连接，该PCB板用于为MEMS微振镜供给电能，并使该MEMS微振镜在平行镜面的两个维度上转动；所述基座整体呈柱状，由从上至下共轴设置的第一圆柱结构、正棱柱结构、正棱台结构和第二圆柱结构一体成型，所述基座上沿其中轴线方向设有用于容纳柔性PCB板电线的第一通孔，所述第一圆柱结构内还设有用于固定各柱状透镜光纤准直器且呈环形排列的第二通孔，所述正棱台结构的各侧面上分别设置一个MEMS微振镜，各MEMS微振镜下方所对应的第二圆柱结构区域内分别开设一个用于固定柔性PCB板的凹槽。
进一步地，所述基座中，正棱柱结构和正棱台结构所具有的侧面个数、扫描单元的个数三者相同，为5～10中的任意一个。
进一步地，所述基座中，正棱台结构的各侧面与底面所成夹角为45°～60°。
进一步地，所述基座中的第一通孔向上延伸，形成一个凸出于第一圆柱结构顶部10～20mm的空心结构，该空心结构侧壁用于辅助固定柱状透镜光纤准直器中的光纤。
本发明的特点及有益效果：
本发明提出的阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头可以同时兼顾环形360°的扫描和局部扫描。相对传统的环扫式探头，在环形扫描的过程中，探头不需要转动，没有转动力矩扭转光纤产生应力，因此成像质量更高；在进行3D柱状成像的过程中，不需要像传统的环扫式探头持续的推或者拉，因而成像稳定性更好；且每一个扫描单元都可以单独重建图像，即无需等待全部柱状扫描完成后才能统一重建，实时性更好。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，结合附图及一个实施例详细说明如下：
本发明的阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头的整体结构如图1所示，包括一个基座2和设置在该基座上呈环形阵列式排布的多个相同的扫描单元；其中，各扫描单元均包括共光轴设置的柱状透镜光纤准直器1和MEMS微振镜3各一个，各MEMS微振镜3分别与一块柔性PCB板(印刷电路板)4电连接，由该PCB板供给电能，并使相应的MEMS微振镜3在平行镜面的两个维度上转动；基座2整体呈柱状，由从上至下共轴设置的第一圆柱结构21、正棱柱结构22、正棱台结构23和第二圆柱结构24一体成型，沿基座2的中轴线方向设有用于容纳柔性PCB板电线(该电线在图1中未示意出)的第一通孔，在第一圆柱结构21内还设有用于固定各柱状透镜光纤准直器1且呈环形排列的第二通孔，在正棱台结构23的各侧面上分别设置一个MEMS微振镜3，各MEMS微振镜3下方所对应的第二圆柱结构24区域内分别开设一个用于固定柔性PCB板4的凹槽25。
基座2中正棱柱结构22和正棱台结构23所具有的侧面个数、扫描单元的个数三者相同，为5～10中的任意一个；正棱台结构23的各侧面与底面所成夹角为45°～60°。
作为本发明的进一步优化，基座2中的第一通孔向上延伸，形成一个凸出于第一圆柱结构21顶部10～20mm的空心结构26，该空心结构侧壁用于辅助固定柱状透镜光纤准直器中的光纤(该光纤在图1中未示意出)。
本发明各部件的具体实现方式分别说明如下：
基座2用于固定各扫描单元，本实施例的基座2采用树脂材料3D打印而成，该基座中心设置的第一通孔为边长是4.5mm的正六边形；第二通孔为直径1.6mm的圆孔，扫描单元中的柱状透镜光纤准直器1通过胶水固定在各第二通孔内；第一圆柱结构21和第二圆柱结构24的直径均为10mm，正棱柱结构22和正棱台结构23均具有六个侧面，正棱台结构23的各侧面与底面所成夹角均为45°；凸出于第一圆柱结构顶部的空心结构26为空心六面柱，高度为15mm、边长为4.5mm，将柱状透镜光纤准直器1末端的光纤通过胶水固定在该空心六面柱的侧壁上，可防止其在扫描过程中的摆动。
本实施例设有6个扫描单元，各扫描单元中的各组成器件均为常规产品，其中，柱状透镜光纤准直器1采用西安飞秒光电公司生产的型号为Collimator-C-lens-11mm-40的准直器；MEMS微振镜3采用无锡微奥科技公司生产的型号为U2的MEMS微振镜；用于为MEMS微振镜3供电的PCB板4，一部分固定在正棱台结构23上，其余部分固定在第二圆柱结构上，故采用柔性PCB板，利用该PCB板便于MEMS微振镜的封装，PCB板上的电路可通过本领域的常规技术予以实现。
本发明实施例的工作原理为：柔性PCB板4用于给相应的一个MEMS微振镜3供给电能，从而使该MEMS微振镜3在平行镜面的两个维度上转动。各柱状透镜光纤准直器1从第二通孔中穿过，并刚好对准相应的一个MEMS微振镜3，从而把光束射到该微振镜面上。MEMS微振镜面初始角度和光束在空间中成45°角，从而将光束射向探头的径向方向并聚焦在样品表面。本实施例的各MEMS微振镜3可以将光束扫描60°，6个这样扫描单元环形阵列排布，可以实现整个360°扫描。每一个扫描单元都是独立的，因而可以单独控制并成像，可以获得样品的局部OCT图像，即无需等待全部柱状扫描完成后才能统一重建，实时性更好。
综上，本发明可克服传统的环形扫描探头于不能针对局部区域进行成像，并要通过推或者拉动探头对一段管道组织成像并重建后才能看到管道器官某些细节的弊端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含的本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，其特征在于，包括一个基座和设置在该基座上呈环形阵列式排布的多个相同的扫描单元；其中，各扫描单元均包括共光轴设置的柱状透镜光纤准直器和MEMS微振镜各一个，各MEMS微振镜分别与一块柔性PCB板电连接，该PCB板用于为MEMS微振镜供给电能，并使该MEMS微振镜在平行镜面的两个维度上转动；所述基座整体呈柱状，由从上至下共轴设置的第一圆柱结构、正棱柱结构、正棱台结构和第二圆柱结构一体成型，所述基座上沿其中轴线方向设有用于容纳柔性PCB板电线的第一通孔，所述第一圆柱结构内还设有用于固定各柱状透镜光纤准直器且呈环形排列的第二通孔，所述正棱台结构的各侧面上分别设置一个MEMS微振镜，各MEMS微振镜下方所对应的第二圆柱结构区域内分别开设一个用于固定柔性PCB板的凹槽。
2.根据权利要求1所述的阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，其特征在于，所述基座中，正棱柱结构和正棱台结构所具有的侧面个数、扫描单元的个数三者相同，为5～10中的任意一个。
3.根据权利要求1所述的阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，其特征在于，所述基座中，正棱台结构的各侧面与底面所成夹角为45°～60°。
4.根据权利要求1所述的阵列式环形扫描光学相干层析成像内窥探头，其特征在于，所述基座中的第一通孔向上延伸，形成一个凸出于第一圆柱结构顶部10～20mm的空心结构，该空心结构侧壁用于辅助固定柱状透镜光纤准直器中的光纤。
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