CN108378823A - 一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头 - Google Patents

Abstract

一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，包括超薄管壁玻璃石英套管、热缩保护管、反射镜、旋转扭矩导向弹簧管、微型光纤准直器；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管固定对接；所述反射镜套入超薄管壁玻璃石英套管内固定连接；所述微型光纤准直器穿过旋转扭矩导向弹簧管与反射镜相配合。本发明通过旋转扭矩导向弹簧管带动头端反射镜旋转成像取代目前光纤探头本身旋转的成像方式，更好地提高了探头旋转时光纤的韧性及使用强度，该探头在旋转时使用机械旋转机构即可，光源可固定连接于光纤尾端，取代传统的光学旋转连接器，降低使用成本，因不需使用光学旋转连接器，旋转成像速率不会受到连接器的影响，可提高图像帧数。

Description

一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头

技术领域

本发明涉及OCT领域，尤其是一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头。

背景技术

光学相干层析(Optical Coherence Tomography，OCT)是一种无损伤、非侵入、高分辨率生物医学成像技术。OCT 成像的基本原理类似于超声成像，探测反射或散射回来的信号获得物体的断层图像，不同的是OCT 技术利用的是光波而不是声波信号。OCT 技术核心是迈克尔逊低相干干涉仪，它利用参考光和样品的信号光脉冲序列间的干涉现象，来探测不同深度层(z方向)的样品结构，在心血管领域，OCT探头可直接介入冠状动脉，使用能量束在血管内进行360度周向扫描，获得血管横断面图像。高分辨率使光相干层析成像能更好地分清脂质核心和内膜面，从而能测量纤维帽的厚度，观察脂质核心的大小，斑块表层的糜烂和血小板、巨噬细胞聚集或纤维蛋白沉积，斑块帽裂隙等。OCT 技术的纵向分辨率与横向分辨率相互独立，可以达到十几微米，相比目前临床成像的手段其分辨率要高出一个数量级。

针对心血管成像的特点，需要特别的内窥探头以解决以下几个关键问题 ：

1、探头易折断的问题，由于探头应用需旋转成像，因此对探头及尾纤在高速旋转弯曲下的韧性要求很高，探头在使用中出现折断情况，会影响成像，进而增加手术时间影响病情判定，并且对专业使用人员操作要求相对提高；

2、探头微型化问题，由于心血管OCT探头要进入到人体的冠状动脉血管，是人体中较狭窄的部位，要求探头尺寸小于250um甚至更小；

3、消除干涉环的难题，由于内窥OCT探头由光纤和自聚焦透镜和棱镜组成，一般的光学系统回损为60dB左右，但是由于OCT系统的信噪比可以达到100dB以上，因此在光路上的各个端面产生的反射光还是会产生相互干涉的现象，造成干涉环的出现，而干涉环严重的影响到了图像的质量，必须彻底消除。

现有技术的缺陷和不足：

1、中国专利 CN100407980C号，公开了一种扫描微型光学探针，整个光学探针由单模光纤、自聚焦光纤、角度无芯光纤制成，该结构通过不同结构设计改善了光斑的汇聚性，提高了成像质量与效果，但该结构较为复杂，对工艺精度要求较高，制作难度较大，因存在多个熔接面导致探针工作中易折断，并且多个熔接面形成反射造成成像干涉环，影响成像；

2、中国专利CN203263365U号，公开了一种消除干涉环的超微型光学相干断层成像探头，通过拉大梯度折射率透镜光纤与传输光纤熔接点距离的方式，来解决产生熔接面造成的干涉环，但是因探头是在高速旋转弯折中使用，熔接点距离变长，易造成探头工作中在熔接点处出现断裂现象，此外因为探头出光通过250μm~500μm厚度的玻璃，所以光从光纤出射后会经过光纤、空气、玻璃、空气不同折射率介质，每个介质面形成的反射会影响成像质量及出光效率，并且微型玻璃套管单面加工成平面，对加工工艺及人员作业要求较高；

3、中国专利CN105286800A号，公开了一种机械旋转式血管内OCT成像探头，通过内部反射镜后添加微型电磁马达来实现探头的360度旋转，提高了探头的韧性及成像的稳定，改善了探头易折断的问题，但目前微型电磁马达体积仍较大，探头制作直径在1.5~2mm之间，无法应用在类似人体的冠状动脉血管一类狭小空间中，并且微型电磁马达成本较高，在血管内工作时有电流作用，存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，它能够解决现有技术的不足，内部光纤准直器与光源固定连接，通过机械传动机构带动头端反射镜实现360°旋转成像以取代目前光学旋转连接器的转动方式，摆脱了光学旋转连接器转速的限制，为提高图像帧数提供了可能。

本发明的技术方案：一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，包括超薄管壁玻璃石英套管、热缩保护管、反射镜、旋转扭矩导向弹簧管、微型光纤准直器；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管固定对接；所述反射镜套入超薄管壁玻璃石英套管内固定连接；所述微型光纤准直器穿过旋转扭矩导向弹簧管与反射镜相配合，微型光纤准直器与旋转扭矩导向弹簧管之间为空气间隔；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管的对接处套有热缩保护管，所述热缩保护管位于反射镜出光位置之外。

所述微型光纤准直器出射光斑直径小于20μm。

所述微型光纤准直器直径在125～160μm之内。

所述微型光纤准直器与旋转扭矩导向弹簧管之间为单边20～60微米的空气间隔。

所述反射镜直径在180～220μm之间；所述反射镜与微型光纤准直器相对的面为45°表面。

所述旋转扭矩导向弹簧管、超薄管壁玻璃石英套管内径在220～225μm之内。

所述超薄管壁玻璃石英套管曲率半径为110～113μm。

所述热缩保护管 热缩后直径小于210μm。

所述反射镜与超薄管壁玻璃石英套管接触面通过胶水固定。

所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管对接，并在连接口处通过胶水固定。

所述热缩保护管热缩固定于超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管的对接处。

所述反射镜采用微型表面镀金属反射镜。

所述旋转扭矩导向弹簧管与机械旋转机构相连，所述微型光纤准直器在旋转扭矩导向弹簧管中心穿过，旋转扭矩导向弹簧管旋转带动超薄管壁玻璃石英套管及黏在超薄管壁玻璃石英套管上的微型表面镀金属反射镜旋转进行360°扫描成像。

本发明的优越性：1、 本发明通过旋转扭矩导向弹簧管带动头端反射镜旋转成像取代目前光纤探头本身旋转的成像方式，更好地提高了探头旋转时光纤的韧性及使用强度，该探头在旋转时使用机械旋转机构即可，光源可固定连接于光纤尾端，取代传统的光学旋转连接器，降低使用成本，因不需使用光学旋转连接器，旋转成像速率不会受到连接器的影响，可进一步提高旋转速率进而提高图像帧数；2、本发明中通过可旋转反射镜替代光纤棱镜，避免棱镜的加工难度，保证了产品的精度及一致性，使出射光角度更加准确；3、本发明通过微型光纤准直器出光，避免了光纤熔接中造成的因熔接面导致的成像干涉环现象，同样改善了因熔接不可避免的操作误差对光斑直径的影响；4、本发明光斑由准直器直线传输，经反射镜出探头，改善了光线经光纤侧壁出光造成的柱透镜畸变影响。

附图说明

图1为本发明所涉一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头的结构示意图。

其中：1为超薄管壁玻璃石英套管，2为热缩保护管，3为反射镜，4为旋转扭矩导向弹簧管，5为微型光纤准直器。

具体实施方式

实施例：如图１所示，一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，包括超薄管壁玻璃石英套管1、热缩保护管2、反射镜3、旋转扭矩导向弹簧管4、微型光纤准直器5；所述超薄管壁玻璃石英套管1与旋转扭矩导向弹簧管4固定对接；所述反射镜3套入超薄管壁玻璃石英套管1内固定连接；所述微型光纤准直器5穿过旋转扭矩导向弹簧管4与反射镜3相配合，微型光纤准直器5与旋转扭矩导向弹簧管4之间为空气间隔；所述超薄管壁玻璃石英套管1与旋转扭矩导向弹簧管4的对接处套有热缩保护管2，所述热缩保护管2位于反射镜3出光位置之外。

所述微型光纤准直器5出射光斑直径小于20μm。

所述微型光纤准直器5直径在125～160μm之内。

所述微型光纤准直器5与旋转扭矩导向弹簧管4之间为单边20～60微米的空气间隔。

所述反射镜3直径在180～220μm之间；所述反射镜3与微型光纤准直器5相对的面为45°表面。

所述旋转扭矩导向弹簧管4、超薄管壁玻璃石英套管1内径在220～225μm之内。

所述超薄管壁玻璃石英套管1曲率半径为110μm。

所述超薄管壁玻璃石英套管1长度可根据实际需求调整，以满足不同需求。

所述热缩保护管2 热缩后直径小于210μm。

所述反射镜3与超薄管壁玻璃石英套管1接触面通过适量胶水固定。

所述超薄管壁玻璃石英套管1与旋转扭矩导向弹簧管4对接，并在连接口处通过胶水固定。固定后调整内部光纤准直器5位置，可使探头进行360°圆周转动。

所述热缩保护管2热缩固定于超薄管壁玻璃石英套管1与旋转扭矩导向弹簧管4的对接处。即将热缩保护管2从探头上方套入，使其中心位置位于旋转扭矩导向弹簧管4与超薄管壁玻璃石英套管1连接处，并且不会覆盖反射镜3出光位置，进行热缩固定。

所述反射镜3采用微型表面镀金属反射镜。

所述旋转扭矩导向弹簧管4与机械旋转机构相连，所述微型光纤准直器5在旋转扭矩导向弹簧管4中心穿过，旋转扭矩导向弹簧管4旋转带动超薄管壁玻璃石英套管1及黏在超薄管壁玻璃石英套管1上的微型表面镀金属反射镜3旋转进行360°扫描成像，通过热缩保护管2保证旋转传动过程中连接点的韧性。微型光纤准直器5不会旋转。

本发明的工作原理及技术效果：１、微型光纤准直器与旋转扭矩导向弹簧管之间存在细微间隙以保证旋转扭矩导向弹簧管可在内部微型准直器固定不动的情况下进行同心旋转；

2、本设计通过微型准直器以及准直器前端45°表面镀金的反射镜结构，对内部光纤不做熔接研磨等处理，保证内部光纤的韧性；

3、微型准直器经反射镜出射的光斑直径小于20μm，在曲率半径为110~113μm的玻璃石英超薄套管曲面相对该光斑出射位置可近似于平面，不存在柱透镜畸变。且光在穿透的介质中为空气、玻璃护管、空气，避免了多种不同介质造成的损耗；

4、旋转扭矩导向弹簧管与石英玻璃超薄护管以及反射镜通过胶体固定在一起，在旋转扭矩导向弹簧管与石英玻璃超薄护管的连接处通过热缩外管加固，整体可在外力下同心旋转，保证在成像旋转下光纤准直器相对固定，减少损坏风险。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于包括超薄管壁玻璃石英套管、热缩保护管、反射镜、旋转扭矩导向弹簧管、微型光纤准直器；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管固定对接；所述反射镜套入超薄管壁玻璃石英套管内固定连接；所述微型光纤准直器穿过旋转扭矩导向弹簧管与反射镜相配合，微型光纤准直器与旋转扭矩导向弹簧管之间为空气间隔；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管的对接处套有热缩保护管，所述热缩保护管位于反射镜出光位置之外。

2.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述微型光纤准直器出射光斑直径小于20μm；所述微型光纤准直器直径在125～160μm之内。

3.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述微型光纤准直器与旋转扭矩导向弹簧管之间为单边20～60微米的空气间隔。

4.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述反射镜直径在180～220μm之间；所述反射镜与微型光纤准直器相对的面为45°表面。

5.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述旋转扭矩导向弹簧管、超薄管壁玻璃石英套管内径在220～225μm之内。

6.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述超薄管壁玻璃石英套管曲率半径为110～113μm。

7.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述热缩保护管热缩后直径小于210μm。

8.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述反射镜与超薄管壁玻璃石英套管接触面通过胶水固定；所述超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管对接，并在连接口处通过胶水固定；所述热缩保护管热缩固定于超薄管壁玻璃石英套管与旋转扭矩导向弹簧管的对接处。

9.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述反射镜采用微型表面镀金属反射镜。

10.根据权利要求1所述一种机械传动旋转的光学相干断层成像微型探头，其特征在于所述旋转扭矩导向弹簧管与机械旋转机构相连，所述微型光纤准直器在旋转扭矩导向弹簧管中心穿过，旋转扭矩导向弹簧管旋转带动超薄管壁玻璃石英套管及黏在超薄管壁玻璃石英套管上的微型表面镀金属反射镜旋转进行360°扫描成像。