CN109843147A - 具有挠曲机构的扫描光学探针 - Google Patents

Abstract

一种扫描光学探针，包括插管、光纤、透镜、以及用于使光纤在插管内来回倾斜的致动机构。探针手柄中的致动器联接至各种挠曲和引导部件，所述挠曲和引导部件延伸穿过插管并朝向扫描光学探针的远端延伸。致动器的往复运动被传递到所述部件，从而使扫描光学探针远端处的光纤瞄准在靶表面上。处理从光纤发射的光以产生靶区域的扫描。

Description

具有挠曲机构的扫描光学探针

技术领域

本披露总体上涉及手术探针，更具体地涉及一种具有挠曲机构的扫描光学探针。

背景技术

在获得解剖学靶的高分辨率成像扫描方面存在广泛的兴趣。理想的解剖学靶包括例如眼睛和脉管系统的内表面。

能够获得高分辨率扫描的一种成像技术是光学相干断层扫描(OCT)。OCT技术获得良好的深度分辨率，并且不需要接触待询问的靶表面。

OCT成像技术已被结合进手持式光学探针中。已经利用这种光学探针产生靶表面的不同类型的扫描。对应于靶表面上的单一点的OCT图像被称为A扫描。对应于成像光束穿过一组靶点的OCT图像通常被称为B扫描。

尽管存在上述基于OCT的技术，但手持式扫描探针面临许多挑战。由于OCT图像扫描的性质而产生挑战，所述性质需要光纤相对于透镜进行移动(或需要光纤/透镜组件一起移动)以实现扫描。在显微手术环境(例如，眼科应用)中，由于探针壳体中工作空间不足，因此禁止致动光纤或光纤/透镜组件。由于探针壳体相对较长的长度、小直径和刚度，因此工作空间不足。因此，光纤组件的运动受到极大限制。

因此，需要克服上述挑战的扫描光学探针和方法。

发明内容

一种扫描光学探针包括插管、光纤、透镜、以及使光纤的远端转向的致动机构。在实施例中，所述致动机构包括致动器和细长支撑构件，所述细长支撑构件联接至所述致动器并且延伸穿过插管至所述探针的远端。当细长支撑构件被致动时，光纤的远端来回转向，使得来自光纤的光束在靶表面上根据需要而移动。

在实施例中，所述细长支撑构件包括离散的预定义挠曲区域。所述挠曲区域包括位于柔性构件的侧壁中的多个槽。拉杆从挠曲区域向近端延伸至探针手柄。当所述杆被往复致动时，扫描光学探针的端部来回倾斜。

在另一个实施例中，致动机构包括至少一个引导件，所述引导件推动或偏置光纤以瞄准第一方向。当所述引导件移动时，光纤被重新定位以瞄准第二方向。

探针手柄中的致动器可以连接至所述引导件。致动器的往复运动通过各种部件传递，从而使所述探针远端处的光纤来回倾斜。处理从所述光纤发射的光束以产生靶区域的扫描。

附图说明

为了更彻底地理解本披露及其优点，现在参考结合附图进行的以下说明，在这些附图中相同的附图标记指示相同的特征，并且在附图中：

图1A是根据本发明的实施例的扫描光学探针的透视图；

图1B是包括扫描光学探针(比如图1A中所示的探针)的OCT成像系统的框图；

图2是图1A中描绘的扫描光学探针在眼科应用中的图示；

图3是根据本发明的实施例的扫描光学探针的远侧区段的截面视图；

图4是被描绘为处于挠曲取向的扫描光学探针的远侧区段的透视图；

图5是图3中所示的扫描光学探针的部件的远侧区段的透视图；

图6至图8是扫描光学探针的远侧区段的侧视图，所示远侧区段从第一位置依次移动到第二位置；

图9是图6至图8中所示的扫描光学探针的部件的透视图；

图10是图6至图8中所示的扫描光学探针的近侧区段的局部透视图；

图11至图13是另一个扫描光学探针的远侧区段的截面视图，其中所示光纤从第一位置依次移动到第二位置；

图14和图15是包括各种内部光学引导构件的另一个扫描光学探针的远侧区段的截面视图；

图16是包括控制构件的另一个扫描光学探针的远侧区段的截面视图；

图17和图18是包括预成形护套的另一个扫描光学探针的远侧区段的侧视图；并且

图19是描绘根据本发明的用于扫描靶区域的方法的流程图。

具体实施方式

提供了以下说明来使本领域的普通技术人员能够制作和使用本发明，并且在专利申请及其要求的背景下提供了以下说明。对本文所描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。主要在具体实施方式中提供的具体方法和系统方面描述了这些示例性实施例。然而，这些方法和系统将在其他实施方式中有效地操作。比如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一个实施例”等短语可以指代相同或不同的实施例，以及指代多个实施例。将关于具有某些部件的系统和/或装置来描述这些实施例。然而，这些系统和/或装置可以包括比所示的部件更多或更少的部件，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下，对这些部件的安排和类型做出变化。也将在具有某些步骤的具体方法的背景下描述这些示例性实施例。然而，对于具有不同和/或附加步骤以及以与示例性实施例不一致的不同顺序的步骤的其他方法，所述方法和系统仍有效操作。因此，本发明不旨在受限于所示出的实施例，而是被赋予与本文所描述的原理和特征一致的最广泛范围。本文引用的所有专利和出版物均通过援引以其全部内容并入。

图1A描绘了扫描光学探针10，所述扫描光学探针包括手柄14和从手柄向远侧延伸的插管20。

所示的插管20或等效类型的壳体结构具有管状形状并包括一个弯曲部。然而，插管可以具有额外的弯曲部或者可以是直的。实际上，插管或壳体的形状和尺寸可以变化。例如，内径(ID)可以在从0.25mm至0.6mm的范围内，并且在实施例中为约0.4mm。外径(OD)可以在从0.4mm至1mm的范围内，并且在实施例中为约0.7mm。插管的长度可以在从20mm至35mm的范围内，并且在实施例中为约30mm。在实施例中，插管是23号或更小的插管。

扫描光学探针可以可拆卸地联接至OCT成像系统，以产生本文所述的OCT扫描。参照图1B，示出了示例性OCT成像系统150，其包括光源160、OCT模块170、扫描光学探针180(比如图1A中所示的扫描探针)、以及控制器、计算机和显示器190。扫描光学探针180可以通过一个或更多个互锁连接器、线缆和实施例中的柔性似脐带的绳(未示出)与OCT系统可拆卸地联接。此外，在实施例中，探针180包括致动器182，所述致动器可操作用于移动本文所述的探针的部件。

成像系统150的实施例将光源160产生的光分成成像光束和参考光束。可以将成像光束引导到靶区域。

扫描探针180收集从靶区域反射的成像光。然后，OCT模块170检测参考光束与返回的成像光束之间的干涉。然后，OCT模块可以基于检测到的干涉来创建靶区域的深度图像。此深度或OCT图像提供了靶区域的在深度范围中针对成像光束指向的每个点的图像。与靶区域的表面(比如视网膜112的表面)上的单个点相对应的OCT图像称为A扫描。在使成像光束扫描穿过一组靶点的成像系统中，OCT图像通常被称为B扫描。

在本文所述的优选实施例中，成像光束移动穿过一组靶点以在靶组织上产生扫描。扫描操作可以在控制器和计算机190的控制下执行，并且包括OCT图像的结果可以通过例如显示器190递送给用户。

图2展示了根据本发明的一些实施例将扫描光学探针推进到眼睛100中。眼睛100包括巩膜102、角膜104、前房106、后房108、以及前房与后房之间的晶状体110。眼睛100的远侧内表面支撑视网膜30。

扫描光学探针可以由医师使用手柄14操纵，以将插管20推进到套管针/阀组件22/24中，穿过巩膜102，并进入后房108，直到插管的远侧区域在视网膜30附近。如本文所述，光28被引导到插管20的远端并从插管的远端引导，以获得视网膜的OCT扫描。根据本发明的实施例，设置在插管20内的各种致动机构产生用于形成OCT二维或B型扫描的运动。

图3描绘了扫描光学探针20的示例性实施例，所述扫描光学探针具有用于使远端倾斜的致动机构。扫描光学探针20包括插管202、透镜204、光纤206和呈管状形状的柔性构件210形式的致动机构。柔性构件210在保持光纤206的同时适于来回倾斜(例如，往复运动)，从而产生期望的光束运动以支持本文所述的OCT图像扫描。

致动器机构210可以具有各种构造。参照图4，例如，细长柔性构件包括管状本体211、从本体延伸的第一臂212、与第一臂相对的第二臂213、以及处于与探针组件的轴线(Z)垂直的取向的远端面218。

光纤206可以用粘合剂208或其他合适的粘结剂或工艺安装到远端面218上。远端面218包括孔220，光纤206延伸穿过所述孔。

所示第二臂213延伸到管状本体211中。在实施例中，第二臂延伸穿过管状本体并进入手柄(未示出)。第二臂可轴向移动，并且本体211固定(例如，粘结)到外插管(例如，图3中所示的插管202)上。当第二臂213相对于本体211轴向缩回时，所述组件朝方向M₁转向。将轴向定向的往复运动施加至臂213使得柔性构件和光纤根据需要来回旋转。

轴向定向的往复运动可以通过致动器施加。非限制性示例性致动器包括基于气动、电磁线圈、双压电晶片式压电带、音圈、电动机等的致动器。

尽管上面结合图4描述的实施例描述了第二臂213的移动引起组件的转向，但是在其他实施例中，第二臂213是固定的，并且本体211轴向移动，引起期望的转向。

图5描绘了柔性致动构件230的另一个实施例。本体211可轴向移动，并且第二臂213的尾端固定(或以其他方式安装)到插管(比如图3中所示的插管202)的内壁上。因此，当本体211相对于插管轴向移动(T)时，由于带213的尾端通过粘结到插管内壁而固定不动，所以头部组件230旋转(R)。将轴向定向的往复运动(T)施加至本体211使得柔性构件和光纤根据需要来回旋转(R)。

上述组件和部件可以广泛变化。在一个实施例中，柔性构件210由一个材料带整体形成。可以通过从管状轴211移除材料(例如，机械加工或激光切割)来成形所述带，从而在槽214与槽216之间限定细长的独立带和尾部。带的尾部可以自身折回并进入本体211，从而限定第一臂212、第二臂213、以及面220。

柔性支撑构件的示例性材料包括钢、合金、镍钛诺、以及能够执行本文所述功能的其他材料。此外，柔性构件210的形状不需要是管状的。柔性支撑构件可以具有各种各样的形状。延伸穿其而过的内腔或通路的截面形状可以是例如圆形、半圆形、弧形、方形、U形、L形、或另一种敞开通道或封闭的形状。此外，透镜204不需要固定在插管202的内腔中。在实施例中，透镜安装到光纤上，并且光纤和透镜可作为整体组件移动。

图6至图8描绘了具有用于使远端倾斜的致动机构的扫描光学探针300的远侧区段的另一个实施例。所示柔性构件304从插管306延伸出来。柔性构件304具有管状形状的本体和由多个槽305构成的预定义挠曲区域。如本文进一步描述的，槽305允许在本体304的离散的预定义区域中进行关节式活动。光纤310延伸穿过管状本体304，并且透镜312固定或安装到光纤的远端并且位于管状本体内。

参照图9，管状构件304可以由管形成，并且(例如，通过激光切割或机械加工)在指定区域中去除材料以形成多组相邻的槽305。所示多组相邻的槽设置在管状本体的直径上相对的侧面上。在每组中示出了三个相邻的槽，然而，每组相邻槽的数量可以变化。在实施例中，一组可以具有2至20个相邻的槽，而在一些实施例中，一组具有多于3个相邻的槽。

此外，细长槽322、324形成在管状本体304上，从而限定第一细长杆326。第二细长杆336可以以与形成第一细长杆相同的方式与第一杆326直径上相对地形成。

参照图10，所示细长杆326、336向近侧延伸穿过管状本体304和插管306，并进入手柄部分352。所示手柄部分352具有开口354，以接纳管状元件304和插管306的近侧区段。第一杆326和第二杆336的尾部或端部继续进入手柄并联接至致动器。

操作时，第一杆326相对于第二杆336沿方向(F)轴向移动。第二杆336响应于所述运动而被动地或主动地跟随第一杆。第二杆336可以是固定的或沿方向(R)轴向移动，从而使管状构件304的远端头朝向管304的第二杆侧倾斜。同样，当第二杆336被致动时，第一拉杆326可以以被动或主动方式跟随，从而使远端头朝向管的第一杆侧倾斜。

图6至图8展示了通过上述拉动第一杆和第二杆，柔性构件304的远端头从第一位置(朝方向A倾斜/转向)顺序地移动到与第一位置相反的第二位置(朝方向B倾斜/转向)的实例。

上述结构(例如，杆)可以具有各种各样的形状。示例性截面形状包括但不限于矩形、椭圆形、圆形和方形(无论是中空的还是实心的)和/或其他截面形状。此外，杆和突片可以与挠曲区域整体形成或者与挠曲区域粘结。

图11至图13描绘了扫描光学探针400的远侧区段的实施例，所述扫描光学探针具有用于使光纤406和与其相连的透镜408相对于插管404倾斜的致动机构。所示探针的远端具有可选的盖405。盖405可以是例如透明玻璃窗。

致动器机构通过安装在插管内部的从探针手柄(未示出)内部延伸至插管404的远端的第一支撑构件420使光纤406移动。第一支撑构件420可以是但不限于管形。第一支撑构件420在远端处具有两个特征(例如，凹口)，所述特征形成第一突片422形状的第一引导件。第一突片422向内弯曲超过第一支撑构件420的轴向中心线。

插管404也具有与第一支撑构件420上的凹口类似的凹口，除了插管上的凹口更长以形成第二突片416形式的第二引导件。第二突片416向内弯曲超过插管的轴向中心线。插管中的第二突片416比第一突片422更长，并且具有比第一支撑构件420中的第一突片422更小的弹力。替代性地，第二突片416可以是单独的零件而不是插管404的一部分。

所示第一支撑构件420设置在插管404内，并且所示光纤406延伸穿过第一支撑构件420。类似于本文所述的实施例，第一支撑构件的近端(未示出)可以连接至探针手柄中的往复运动致动器，以便使第一支撑构件轴向运动。

当第一支撑构件420处于缩回位置(D1)时，如图11所示，第一支撑构件420上的第一突片422相对于插管404上的第二突片416向近侧定位。第一支撑构件420的第一突片422向下推动光纤406，并且插管上的第二突片416(其相对于第一突片422向远侧定位)向上推动光纤。因此，光纤406的轮廓具有朝向上的方向的角度。

当第一支撑构件420被致动时，第一支撑构件420上的第一突片422轴向前进至插管404上的第二突片416的位置，如图12所示，然后进一步前进超过插管404上的第二突片416，如图13所示，分别对应于(D2)和(D3)的移位。在实施例中，第一支撑构件420上的第一突片422具有比插管上的第二突片416更大的弹力。因此，插管上的第二突片416被第一突片422产生的力克服，并且光纤406被向下推动并指向向下的方向，如图13所示。

尽管所示透镜408固定至光纤406的端部，但是本发明不必受此限制。在其他实施例中，透镜固定在插管中并且光纤移动。

图14描绘了扫描光学探针500的远侧区段的另一个实施例，所述扫描光学探针具有用于使光纤506相对于插管504倾斜的致动机构。第一支撑构件520可在插管504中轴向移动。第一支撑构件520具有用于引导和偏置光纤506的第一突片524。

第二支撑构件530可在插管504中轴向移动。第二支撑构件530具有与第一突片524互补的第二突片534，以偏置和引导光纤506如结合图11至图13所述在插管内来回倾斜。替代性地，第二支撑构件530可以是静止的。

在图14所示的实施例中，支撑构件520和530可以由管的两个半部制成。如上所述，每个半部都具有互补的突片。从仪器手柄往复地致动一个或两个半部以产生期望的运动。此外，插管可以是完全完好的管状插管，即，光滑且其中没有机械加工出突片和槽。

图15描绘了扫描光学探针500的远侧区段的另一个实施例，所述扫描光学探针具有用于使光纤506相对于插管504来回倾斜的致动机构。图15中示出的实施例类似于图14中描述的实施例，除了支撑构件560、570是同轴地布置在插管504内的两个管。每个支撑构件560、570可轴向移动并包括互补的突片562、572以用于引导和偏置光纤506。替代性地，支撑构件570可以是静止的。如本文所述，一个或两个管被往复地致动以使光纤506产生期望的移动。

图16描绘了扫描光学探针600的远侧区段的另一个实施例，所述扫描光学探针具有用于使光纤606在插管604内来回倾斜的致动机构。细长控制构件612的端部部分向远侧前进以将光纤606从第一位置615A推动到第二位置615B。

所示第一引导件614将光纤606偏置在第一位置615A。

所述第二引导件沿第二方向偏置或引导控制构件612。因此，当控制构件向远侧前进时，光纤被向上推动。当控制构件缩回时，光纤向下偏置。类似于本文所述的致动技术，控制构件可以在其近端处往复运动。

图17描绘了用于使光纤704倾斜的致动机构700的远侧区段的另一实施例。在图17所示的实施例中，光纤704被偏置为第一轮廓。例如，光纤远端预成形为曲线形状。所示外护套702同轴地包围光纤。所示护套702在与光纤相反的方向上具有预设曲线。当护套和光纤相对于彼此移动时，光纤的远端来回转向。

图18描绘了用于使光纤712倾斜的致动机构700的远侧区段的另一个实施例，所述致动机构类似于图17中所示的致动机构，除了光纤712由于偏置引导构件710而在第一位置成偏置形状。光纤712是无源的，并且引导件710使光纤预成形。当护套702和光纤引导组件相对于彼此移动时，光纤来回倾斜。

护套、引导件或光纤的近端可以通过如本文所述的致动器进行往复运动。实际上，在本发明的范围内存在各式各样的构造，以使光纤和/或透镜组件在扫描光学探针的插管内来回倾斜。摇动或倾斜光纤提供用于扫描、特别是用于执行生物组织的OCT扫描的光束运动。

图19是用于扫描患者眼睛的靶区域的方法800的实施例。为简单起见，一些步骤可以省略、交错和/或组合。在使用扫描光学探针10扫描眼睛100的视网膜(比如图2中所示的情况)的背景下描述方法800。然而，方法800可以与其他扫描手机结合使用，以扫描其他靶结构。

最初，扫描光学探针可以可移除地联接至OCT成像系统。接下来，参照步骤810，将插管推进到患者的眼睛中。插管优选地被推进穿过流体密封的套管针插管组件(例如图2所示的套管针插管组件22、24)。

插管前进直到远侧区段位于待扫描的靶组织附近。在实施例中，插管是弯曲的并且前进直到远侧区段位于视网膜表面附近。

步骤820阐述了使光纤在插管内来回倾斜。使光纤倾斜可以通过本文所述的致动机构来执行。

步骤830阐述了通过从光纤发射的光束产生靶区域的扫描。此步骤可以通过向靶结构发送光并接收从靶结构反射的光来执行。反射光通过探针发送回OCT系统模块以如上面结合图1B所述进行处理。可以通过处理器、计算机和显示器执行扫描信息的附加处理和显示。

在实施例中，插管可以重新定位或移动到另一个靶区域。重新定位插管远侧区段的端部用于构建靶结构的更大的扫描区域。可以在计算机和处理器上组合各个扫描以制作靶表面的更大的地形图。

在完成期望步骤后，从患者眼睛中取出扫描光学探针的端头和套管针插管。

已经描述了扫描光学设备、系统和方法。已经根据所示的示例性实施例描述了设备、系统和方法，并且本领域普通技术人员将容易认识到实施例可以有变化，并且任何变化都在本发明的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改。

Claims (15)

1.一种扫描光学探针，包括：

插管，所述插管包括近侧区段、远侧区段、以及延伸穿过的内腔；

光纤，所述光纤延伸穿过所述内腔并进入所述插管的远侧区段；

透镜，所述透镜设置在所述内腔的远侧区段中，并且相对于所述光纤位于远侧；

细长柔性构件，所述细长柔性构件设置在所述插管的内腔中，并且包括近侧区域、端部区域、以及所述光纤延伸穿过的通路；以及

致动器，所述致动器联接至所述细长柔性构件的近侧区域并且适于向所述细长柔性构件提供往复运动，其中，所述细长柔性构件的端部区域响应于所述往复运动而在第一位置与第二位置之间转向，使得从所述光纤发射的光指向第一方向和第二方向，所述第一方向和所述第二方向分别对应于所述细长柔性构件的端部区域的第一位置和第二位置。

2.如权利要求1所述的扫描光学探针，其中，所述细长柔性构件包括管状本体以及延伸穿其而过的中心轴线。

3.如权利要求2所述的扫描光学探针，其中，所述细长柔性构件进一步包括被设置为取向与所述管状本体的中心轴线垂直的面，并且其中，所述光纤附接至所述面。

4.如权利要求3所述的扫描光学探针，其中，所述细长柔性构件进一步包括从所述本体延伸到所述面的第一臂、以及与所述第一臂相对并从所述面延伸至所述本体的第二臂。

5.如权利要求4所述的扫描光学探针，其中，所述第一臂的近侧部分固定至所述插管，并且所述插管与所述细长柔性构件之间的相对轴向移动使所述细长柔性构件的端部区域转向。

6.如权利要求5所述的扫描光学探针，其中，所述面包括孔，所述光纤穿过所述孔附接。

7.如权利要求6所述的扫描光学探针，其中，所述柔性细长构件的所述第一臂、所述第二臂、以及所述面由一种材料整体形成。

8.如权利要求2所述的扫描光学探针，其中，所述细长柔性构件的端部区域包括第一预定义关节段。

9.如权利要求8所述的扫描光学探针，其中，所述第一预定义关节段包括形成在所述细长柔性构件的侧壁上的一组槽。

10.如权利要求9所述的扫描光学探针，其中，所述细长柔性构件进一步包括从所述第一预定义关节段向近侧延伸的第一细长杆，并且其中，所述第一杆可相对于所述细长柔性构件的管状本体轴向移动，使得所述第一杆的轴向移动使所述细长柔性构件的端部区域在所述第一预定义关节段处转向。

11.如权利要求10所述的扫描光学探针，其中，所述槽中的每个槽具有泪珠形状。

12.如权利要求11所述的扫描光学探针，其中，所述透镜固定至所述光纤。

13.如权利要求1所述的扫描光学探针，进一步包括手柄，其中，所述插管从所述手柄向远侧延伸。

14.如权利要求13所述的扫描光学探针，其中，所述致动器位于所述手柄内。

15.如权利要求14所述的扫描光学探针，其中，所述透镜固定在所述插管的内腔中。