CN109730694A - 一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，包括保护管、中心拉曼激发光纤、铝包壳、拉曼收集光纤、黑色聚四氟乙烯包壳、球透镜、短通滤棒、长通滤管、光纤光缆、连接件、激光器、拉曼光谱仪。本发明提供一种能够探入人体血管进行血管内斑块类型体内诊断的拉曼光谱测量探针，具有探头总直径小、操作方便、拆卸方便、消毒容易、灵敏度和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针因直径太大不能深入人体血管，以及拉曼效应较弱、信噪比较低不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端。

Description

一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针

技术领域

本发明涉及拉曼光谱检测技术领域，尤其涉及一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针。

背景技术

冠状动脉粥样硬化是胆固醇颗粒的堆积、细胞外基质沉淀、炎性细胞浸润入血管壁，进而形成的冠状动脉闭塞。目前，临床用检查方法可分为有创与无创两种，有创检测为冠状动脉造影术（Coronary Angiography，CAG）。CAG可对病变部位、范围、严重程度、血管壁的情况做出精准、明确的诊断，被认为是诊断冠心病的“金钥匙”，但因其需借助造影剂，在临床检测中具有局限性。无创检测主要包括裸臂指数（Ankle Brachial Index，ABI）、颈动脉内膜中层厚度（Intima-Media Thickness，IMT）以及动脉脉搏波传导速度（Pulse WaveVelocity，PWV）。无创检测简捷、有效、经济，但在临床检测中并未表现出较高的灵敏度及特异性，仅适用于早期预测。目前，导丝介入治疗技术是医院手术治疗冠状动脉闭塞的常规手段之一。

由于样品中的每一种化学成分都具有独特的分子结构，拉曼光谱利用弹性散射激光可以提供分子键振动的详细信息，因此可以通过分析生成的拉曼光谱来对其成分进行评价。不同钙化程度下斑块中的甘油酸酯、胆固醇等的含量以及化学成分均不一样，拉曼光谱学即可根据斑块的化学成分来区分它们。

拉曼光谱学有能力提供其他方法无法获得的各种化学和形态学成分的具体信息，因此，已确定拉曼光谱在体外研究的医学潜力。光纤探针的设计在过去的十年中有了长足的进步，这表明拉曼光谱是一种潜在的、有用的临床技术。目前，商业上已经存在了一些可用在体内研究的探针，但由于所使用的激发波长和光学结构并没有针对应用于组织进行优化，使得这些探针大多局限于皮肤和其他容易接近的器官。

拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼效应较弱，又因为光纤进入组织的时间相对较短，得到的拉曼光谱效应更弱。同时，从组织反射的激光也会进入收集光纤，产生额外的光纤背景，除了模糊和扭曲感兴趣的频谱，强烈的光纤背景增加了镜头噪声信号。这种噪声通常比组织的拉曼光谱带大，进一步损害组织到达探测器的拉曼光谱质量。因此必须用光学滤光器尽可能多地去除背景，同时需要设计探针以达到优化吞吐量和最大化收集效率的目的，以便在临床实际的时间范围内进行精确的分析是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，将CTO导丝介入治疗技术、穿刺活检与拉曼光谱学结合，能够实现在体内的实时分析与诊断。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，包括：

用于发射激发激光的中心拉曼激发光纤，中心拉曼激发光纤外套设有用于光学隔离的铝包壳；

用于收集拉曼散射光的拉曼收集光纤，拉曼收集光纤围绕中心拉曼激发光纤环形布置，拉曼收集光纤外包裹有黑色聚四氟乙烯包壳；

设置在中心拉曼激发光纤前端的球透镜，用于分离中心拉曼激发光纤发射的激发激光，减少待测组织上的能量入射密度，同时将从待测组织中产生的拉曼散射光聚拢落在拉曼收集光纤上，确保了拉曼散射光与拉曼收集光纤的有效耦合；

设置在中心拉曼激发光纤和球透镜间的短通滤棒，用于传输激发激光并阻止光纤的长波光谱背景，短通滤棒外包裹有用于光学隔离的金属套管；

设置在拉曼收集光纤和球透镜间的长通滤管，用于传输待测组织产生的拉曼散射光并阻断从待测组织中散射的激光；

与中心拉曼激发光纤、拉曼收集光纤末端分别连接的光纤光缆，用于延长所述中心拉曼激发光纤与所述拉曼收集光纤的信号传递距离；

所述光纤光缆连接至连接件的输出端，连接件的输入端连接有拉曼激发光纤束，拉曼激发光纤束通过连接件连接至与所述中心拉曼激发光纤连接的光纤光缆，连接件的折射端连接有拉曼收集光纤束，拉曼收集光纤束通过连接件连接至与所述拉曼收集光纤连接的光纤光缆；

所述拉曼激发光纤束连接至激光器，激光器产生激光，并经拉曼激发光纤束、光纤光缆、中心拉曼激发光纤、短通滤棒、球透镜射出，激发目标区域拉曼信号；所述拉曼收集光纤束连接至拉曼光谱仪，待测样品经激光激发后，拉曼信号经球透镜聚拢和经长通滤管过滤后，被拉曼收集光纤采集，通过光纤光缆、拉曼收集光纤束传递至拉曼光谱仪。

进一步的，还包括一端卷曲的保护管，所述球透镜设置在保护管卷曲一端内部，保护管包覆在所述长通滤管外，且末端插入所述黑色聚四氟乙烯包壳内。

进一步的，所述中心拉曼激发光纤采用纤芯直径为105um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。

进一步的，所述拉曼收集光纤采用纤芯直径为50um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。

进一步的，所述球透镜采用折射率为1.77的蓝宝石，蓝宝石直径为2mm。

进一步的，所述短通滤棒通过光学水泥固定在中心拉曼激发光纤前端，短通滤棒长度为1mm，短通滤棒的直径为0.55mm。

进一步的，所述长通滤管通过光学水泥固定在拉曼收集光纤前端，长通滤管长度为1mm。

进一步的，所述激光器采用希爱公司生产的FC-D-785-300mW激光器，其发出的激光波长为785.062nm，输出功率为100mW。

进一步的，所述拉曼光谱仪采用Ocean公司生产的I0785MM0350MF光谱仪。

本发明的有益效果是：本发明提供一种能够探入人体血管进行血管内斑块类型体内诊断的拉曼光谱测量探针，具有探头总直径小、操作方便、拆卸方便、消毒容易、灵敏度和可靠性高的特点，克服了常规拉曼探针因直径太大不能深入人体血管，以及拉曼效应较弱、信噪比较低不能高灵敏度与高精度的提取有效信息的弊端。可根据探测到的拉曼信号诊断血管内斑块类型，为冠状动脉闭塞早期精确诊断与及时精准治疗提供支持和帮助。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视图；

图3为甘油三酯粉末的拉曼光谱图；

图4为血红蛋白的拉曼光谱图；

图5为胆固醇粉末的拉曼光谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-2所示，一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，包括：

用于发射激发激光的中心拉曼激发光纤7，中心拉曼激发光纤7外套设有用于光学隔离的铝包壳4；

用于收集散射拉曼散射光的拉曼收集光纤8，拉曼收集光纤8围绕中心拉曼激发光纤7环形布置，拉曼收集光纤8外包裹有黑色聚四氟乙烯包壳2；

设置在中心拉曼激发光纤7前端的球透镜9，用于分离中心拉曼激发光纤7发射的激发激光，减少待测组织上的能量入射密度，同时将从待测组织中产生的拉曼散射光聚拢落在拉曼收集光纤8上，确保了拉曼散射光与拉曼收集光纤8的有效耦合；

设置在中心拉曼激发光纤7和球透镜9间的短通滤棒5，用于传输激发激光并阻止光纤的长波光谱背景，短通滤棒5外包裹有用于光学隔离的金属套管3；

设置在拉曼收集光纤8和球透镜9间的长通滤管6，用于传输待测组织产生的拉曼散射光并阻断从待测组织中散射的激光；

一端卷曲的保护管1，所述球透镜9设置在保护管1卷曲一端内部，保护管1包覆在所述长通滤管6外，且末端插入所述黑色聚四氟乙烯包壳2内，形成探头；

与中心拉曼激发光纤7、拉曼收集光纤8末端分别连接的光纤光缆10，用于延长所述中心拉曼激发光纤7与所述拉曼收集光纤8的信号传递距离；

所述光纤光缆10连接至连接件11的输出端，连接件11的输入端连接有拉曼激发光纤束13，拉曼激发光纤束13通过连接件11连接至与所述中心拉曼激发光纤7连接的光纤光缆10，连接件11的折射端连接有拉曼收集光纤束12，拉曼收集光纤束12通过连接件11连接至与所述拉曼收集光纤8连接的光纤光缆10；

所述拉曼激发光纤束13连接至激光器14，激光器14产生激光，并经拉曼激发光纤束13、光纤光缆10、中心拉曼激发光纤7、短通滤棒5、球透镜9射出，激发目标区域产生拉曼信号；所述拉曼收集光纤束12连接至拉曼光谱仪15，待测样品经激光激发后，拉曼信号经球透镜9聚拢和经长通滤管6过滤后，被拉曼收集光纤8采集，通过光纤光缆10、拉曼收集光纤束12传递至拉曼光谱仪15。

所述中心拉曼激发光纤7采用纤芯直径为105um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。所述拉曼收集光纤8采用纤芯直径为50um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。

为了提供一个单一、尖锐的拉曼带，所述球透镜9采用折射率为1.77的蓝宝石，蓝宝石直径为2mm。为了最大限度地提高球透镜9的采集效率，结构间不使用粘附剂连接。

所述短通滤棒5通过光学水泥固定在中心拉曼激发光纤7前端，所述长通滤管6通过光学水泥固定在拉曼收集光纤8前端，短通滤棒5、长通滤管6长度均为1mm，短通滤棒5的直径为0.55mm。所述短通滤棒5与长通滤管6还可以由滤光片、圆环滤光片或圆环滤波膜代替。

由于组织中的每一种组成成分的化学成分都具有独特的分子结构，本发明拉曼光谱利用弹性散射激光可以提供分子键振动的详细信息，因此可以通过分析生成的拉曼光谱来对其成分进行评价，实现对组织定性和定量的分析，从而达到确定病因的目的。

由于斑块内胆固醇、磷脂及甘油三酯等脂质成分与人体内其他脂质组成成分的脂质分子大小、斑块内所占含量比不同。因此，为了验证本专利具备定性分析斑块内脂质成分的能力，利用本专利分别对甘油三酯粉末、血红蛋白以及胆固醇粉末进行定性检测实验。

所述拉曼光谱测量探针的拉曼检测过程如下：

所述激光器14采用希爱公司生产的FC-D-785-300mW激光器，其发出波长为785.062nm，输出功率为100mW的激光进入拉曼激发光线纤束13，在中心拉曼激发光纤7中传输，经过短通滤棒5和球透镜9后激发目标区域产生拉曼信号；拉曼信号经过球透镜9和长通滤管6后被拉曼收集光纤8收集，从拉曼收集光纤束12出射，最后进入拉曼光谱仪15，实现对目标区域拉曼光谱检测，拉曼光谱仪15采用Ocean公司生产的I0785MM0350MF光谱仪。

如图3-5所示，分别为同样功率的激光照射下，由本系统获得的甘油三酯粉末、血红蛋白以及胆固醇粉末的拉曼光谱图。可以看出，不同有机物具有不同波形特征的拉曼峰具有特异性。实验证明，本专利具备定性分析有机物的检测能力。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (9)

1.一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，包括：

用于发射激发激光的中心拉曼激发光纤，中心拉曼激发光纤外套设有用于光学隔离的铝包壳；

用于收集拉曼散射光的拉曼收集光纤，拉曼收集光纤围绕中心拉曼激发光纤环形布置，拉曼收集光纤外包裹有黑色聚四氟乙烯包壳；

设置在中心拉曼激发光纤前端的球透镜，用于分离中心拉曼激发光纤发射的激发激光，减少待测组织上的能量入射密度，同时将从待测组织中产生的拉曼散射光聚拢落在拉曼收集光纤上，确保了拉曼散射光与拉曼收集光纤的有效耦合；

设置在中心拉曼激发光纤和球透镜间的短通滤棒，用于传输激发激光并阻止光纤的长波光谱背景，短通滤棒外包裹有用于光学隔离的金属套管；

设置在拉曼收集光纤和球透镜间的长通滤管，用于传输待测组织产生的拉曼散射光并阻断从待测组织中散射的激光；

与中心拉曼激发光纤、拉曼收集光纤末端分别连接的光纤光缆，用于延长所述中心拉曼激发光纤与所述拉曼收集光纤的信号传递距离；

所述光纤光缆连接至连接件的输出端，连接件的输入端连接有拉曼激发光纤束，拉曼激发光纤束通过连接件连接至与所述中心拉曼激发光纤连接的光纤光缆，连接件的折射端连接有拉曼收集光纤束，拉曼收集光纤束通过连接件连接至与所述拉曼收集光纤连接的光纤光缆；

所述拉曼激发光纤束连接至激光器，激光器产生激光，并经拉曼激发光纤束、光纤光缆、中心拉曼激发光纤、短通滤棒、球透镜射出，激发目标区域产生拉曼信号；所述拉曼收集光纤束连接至拉曼光谱仪，待测样品经激光激发后，拉曼信号经球透镜聚拢和经长通滤管过滤后，被拉曼收集光纤采集，通过光纤光缆、拉曼收集光纤束传递至拉曼光谱仪。

2.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，还包括一端卷曲的保护管，所述球透镜设置在保护管卷曲一端内部，保护管包覆在所述长通滤管外，且末端插入所述黑色聚四氟乙烯包壳内。

3.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述中心拉曼激发光纤采用纤芯直径为105um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。

4.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述拉曼收集光纤采用纤芯直径为50um，包层直径为125um，数值孔径为0.22的多模光纤。

5.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述球透镜采用折射率为1.77的蓝宝石，蓝宝石直径为2mm。

6.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述短通滤棒通过光学水泥固定在中心拉曼激发光纤前端，短通滤棒长度为1mm，短通滤棒的直径为0.55mm。

7.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述长通滤管通过光学水泥固定在拉曼收集光纤前端，长通滤管长度为1mm。

8.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述激光器采用希爱公司生产的FC-D-785-300mW激光器，其发出的激光波长为785.062nm，输出功率为100mW。

9.如权利要求1所述的一种诊断人体血管内斑块类型的拉曼光谱测量探针，其特征在于，所述拉曼光谱仪采用Ocean公司生产的I0785MM0350MF光谱仪。