CN110251085B - 一种光学相干层析成像手持探头 - Google Patents

一种光学相干层析成像手持探头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗成像设备技术领域，提供一种光学相干层析成像手持探头，包括光学处理模块，光学处理模块包括沿光路依次设置的准直透镜、MEMS振镜、聚焦透镜组、直角反射棱镜和反射镜组；直角反射棱镜通过两个直角面的反射，将来自聚焦透镜组的入射光分为两束反射光；反射镜组对两束反射光分别进行反射，并输出两束相对出射的出射光；本发明在对预成像的血管进行观测时，只需将血管放置于两束对射的出射光之间，通过控制调整MEMS振镜的偏转，即可对血管进行两个方向的扫描，双向扫描能够通过两侧来观察血管的断面结构，从而大大提高了对血管成像的有效深度，确保了成像的清晰度。

Description

一种光学相干层析成像手持探头
技术领域
本发明涉及医疗成像设备技术领域，尤其涉及一种光学相干层析成像手持探头。
背景技术
光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)作为高分辨率高速的成像技术，能够为生物组织提供其它成像技术无法达到的三维成像。OCT技术被用于血管成像，对术中吻合后血管的检测与长期通畅性具有较高的应用潜力，从而对血管相关疾病的诊断和治疗发挥着日益显著的作用。
医生在术中使用OCT技术对血管成像时，随着血管手术越来越精细，对医生医术的要求也越来越苛刻。然而，传统的OCT成像设备只能对预成像的血管实现单一方向的扫描，由于血管内的血液对光信号存在着很强的散射和吸收现象，这导致只能进行单一方向扫描的OCT成像的有效深度往往不能够涵盖整个血管，从而对血管的成像深度不足，对血管存在成像不清晰的问题，这种问题随着血管直径的变大变得更加突出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种光学相干层析成像手持探头，用以解决传统的OCT成像设备只能对预成像的血管实现单一方向的扫描，从而对血管存在成像深度不足、成像不清晰的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光学相干层析成像手持探头，包括光学处理模块；所述光学处理模块包括沿光路依次设置的准直透镜、MEMS振镜、聚焦透镜组、直角反射棱镜和反射镜组；其中，所述直角反射棱镜通过两个直角面的反射，将来自所述聚焦透镜组的入射光分为两束反射光；所述反射镜组对两束所述反射光分别进行反射，并输出两束相对出射的出射光。
优选的，本发明中所述准直透镜的光轴呈水平布置；
所述MEMS振镜在零偏压状态下与水平面呈45°夹角，所述MEMS振镜相对其零偏压状态的偏转角度为±3.5°；
所述聚焦透镜组的光轴呈竖直布置，且所述聚焦透镜组的光轴垂直于所述直角反射棱镜的底面，所述直角反射棱镜的两个直角面朝向所述聚焦透镜组的一侧布置。
优选的，本发明中所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；所述第一反射镜、所述第三反射镜对应与所述直角反射棱镜的两个直角面相平行；所述第一反射镜、所述第二反射镜相垂直，并布置在所述聚焦透镜组的光轴的同一侧边；所述第一反射镜与所述第三反射镜、所述第二反射镜与所述第四反射镜均对称布置在所述聚焦透镜组的光轴的两侧。
优选的，本发明中所述准直透镜、所述MEMS振镜和所述聚焦透镜组内置于壳体内，所述壳体包括手持部、转接部和搭载部构成的弯折状结构；
所述准直透镜设在所述手持部，所述MEMS振镜设在所述转接部；所述聚焦透镜组设在所述搭载部；
所述直角反射棱镜和所述反射镜组内置于搭载盒内，所述搭载部远离所述转接部的一端连接所述搭载盒。
优选的，本发明中所述手持部远离所述转接部的一端依次连接保护套头和保护线套；所述准直透镜连接光纤跳线的一端；所述MEMS振镜连接MEMS驱动板，所述MEMS驱动板连接电缆的一端；所述光纤跳线的另一端和所述电缆的另一端均从所述保护套头和所述保护线套中引出。
优选的，本发明中所述转接部设有直三角形固定架；
所述固定架的其中一个直角边连接准直固定器的一端，所述准直固定器的另一端伸向所述手持部，在所述准直固定器中安装所述准直透镜；
所述固定架的斜边安装所述MEMS驱动板；
所述固定架的另一个直角边连接直管的一端，所述直管的另一端伸入至所述搭载部内，并与所述搭载盒相连接，所述直管内安装所述聚焦透镜组。
优选的，本发明中所述直管内设有限位压圈，所述限位压圈与所述直管的内壁之间通过螺纹连接，所述聚焦透镜组的两侧分别通过所述限位压圈进行固定。
优选的，本发明中所述直管的一端通过螺纹连接所述固定架的另一个直角边，所述直管的另一端设有转接管口，所述转接管口与所述搭载盒可拆卸式连接。
优选的，本发明中所述搭载盒内侧的中部设有棱镜卡槽，所述棱镜卡槽内安装所述直角反射棱镜；
所述搭载盒内还设有位于所述棱镜卡槽四周的第一插槽、第二插槽、第三插槽和第四插槽，其中，所述第一插槽内插装所述第一反射镜，所述第二插槽内插装所述第二反射镜，所述第三插槽内插装所述第三反射镜，所述第四插槽内插装所述第四反射镜。
优选的，本发明中所述搭载盒上设有出光口，所述出光口沿所述聚焦透镜组的光轴设置，并位于所述第二反射镜和所述第四反射镜之间，所述出光口的侧壁上设有载物钩。
(三)技术效果
本发明提供的光学相干层析成像手持探头，通过光学处理模块中的准直透镜向MEMS振镜发出准直光，由MEMS振镜对准直光进行反射，并通过聚焦透镜组入射至直角反射棱镜的两个直角面，直角反射棱镜的两个直角面反射的两束光束通过反射镜组的分别反射后，输出两束相对出射的出射光，从而在对预成像的血管进行观测时，只需将血管放置于两束对射的出射光之间，通过控制调整MEMS振镜的偏转，即可对血管进行两个方向的扫描，双向扫描能够通过两侧来观察血管的断面结构，大大提高了对血管成像的有效深度，确保了成像的清晰度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所示的光学处理模块的结构示意图；
图2为本发明实施例所示的手持探头的内部结构示意图；
图3为图2的半剖视图；
图4为本发明实施例所示的固定架的结构示意图；
图5为本发明实施例所示的锁紧套的结构示意图；
图6为本发明实施例所示的直管的结构示意图；
图7为本发明实施例所示的搭载盒的爆炸结构示意图。
图中：1-准直透镜，2-MEMS振镜，3-聚焦透镜组，4-直角反射棱镜，5-第一反射镜，6-第二反射镜，7-第三反射镜，8-第四反射镜，9-壳体，91-手持部，92-转接部，93-搭载部，10-搭载盒，101-棱镜卡槽，102-第一插槽，103-第二插槽，104-第三插槽，105-第四插槽，11-保护套头，12-保护线套，13-光纤跳线，14-MEMS驱动板，15-电缆，16-固定架，17-准直固定器，18-直管，19-限位压圈，20-转接管口，21-出光口，22-载物钩，23-左盒体，24-右盒体，25-左压盖，26-右压盖，27-螺纹接口，28-锁紧套，29-导向槽，30-导向条，31-挡边，32-血管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，本实施例提供了一种光学相干层析成像手持探头，包括光学处理模块；所述光学处理模块包括沿光路依次设置的准直透镜1、MEMS振镜2、聚焦透镜组3、直角反射棱镜4和反射镜组；其中，直角反射棱镜4通过两个直角面的反射，将来自聚焦透镜组3的入射光分为两束反射光；反射镜组对两束反射光分别进行反射，并输出两束相对出射的出射光。
由图1所示的结构可知，准直透镜1向MEMS振镜2发出准直光，由MEMS振镜2对准直光进行反射，并通过聚焦透镜组3的汇聚后，入射至直角反射棱镜4的两个直角面，直角反射棱镜4的两个直角面反射的两束光束通过反射镜组的分别反射后，输出两束相对出射的出射光，从而在对预成像的血管进行观测时，只需将血管放置于两束对射的出射光之间，通过控制调整MEMS振镜2的偏转，即可对血管32进行两个方向的扫描，双向扫描能够通过两侧来观察血管32的断面结构，大大提高了对血管成像的有效深度，确保了成像的清晰度，进而也使得医用人员获取患者血管组织的信息更具说服力。
具体地，为了进一步对光学处理模块的光路结构进行优化配置，本实施例将准直透镜1的光轴呈水平布置，准直透镜1选用的准直波长为1310nm，f＝11.26mm，NA＝0.25，其中，f表示的是焦距，NA表示的是数值孔径。
MEMS振镜2在零偏压状态下与水平面呈45°夹角，MEMS振镜2相对其零偏压状态的偏转角度为±3.5°，从而准直透镜1发出的准直光水平入射至MEMS振镜2的镜面上后发生反射，在已加载偏置电压信号的MEMS振镜2的调整下，该反射光实现在90°±3.5°范围内的偏转，并且该反射光束再入射至聚焦透镜组3，经过聚焦透镜组3处理后的光束射向直角反射棱镜4。另外，聚焦透镜组3可采用双胶合透镜，聚焦透镜组3增透膜波长范围为1050-1700nm，孔径大小为12.7mm，介质材料为N-BAF10/N-SF6HT；直角反射棱镜4两直角边长度为5.7mm，斜边长度为8.06mm，高为5mm，材料为K9玻璃，直角反射棱镜4的两个直角面均镀铝反射膜。
由于聚焦透镜组3的光轴呈竖直布置，且聚焦透镜组3的光轴垂直于直角反射棱镜4的底面，直角反射棱镜4的两个直角面朝向聚焦透镜组3的一侧布置，则聚焦透镜组3发出的光束会垂直入射至直角反射棱镜4的两个直角面，并由直角反射棱镜4的两个直角面的反射，将一束入射光分为两束水平的反射光。
进一步的，本实施例中反射镜组包括第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7和第四反射镜8；第一反射镜5与直角反射棱镜4的其中一个直角面相平行，第三反射镜7与直角反射棱镜4的另一个直角面相平行；第一反射镜5、第二反射镜6相垂直，并布置在聚焦透镜组3的光轴的同一侧边(左侧)；第一反射镜5与第三反射镜7对称布置在聚焦透镜组3的光轴的两侧，并且第二反射镜6与第四反射镜8对称布置在聚焦透镜组3的光轴的两侧；其中，第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7和第四反射镜8大小相同，尺寸均为6mm x 5mm x1mm，材料为K9玻璃，在各个反射镜的反射面均镀铝反射膜。
由此，经过直角反射棱镜4的其中一个直角面反射的一束平行光会水平入射在第一反射镜5，经过第一反射镜5的反射后，反射光会垂直入射至第二反射镜6，并由第二反射镜6输出水平向右的反射光；相应地，经过直角反射棱镜4的另一个直角面反射的另一束平行光会经过第三反射镜7和第四反射镜8的依次反射后，由第四反射镜8输出水平向左的反射光，从而第二反射镜6与第四反射镜8输出的反射光呈左右相对布置，在第二反射镜6与第四反射镜8之间即可放置待成像的血管32。
进一步的，参见图2、图3，为了实现对光学处理模块的紧凑安装，并便于医用人员的便捷使用，本实施例将准直透镜1、MEMS振镜2和聚焦透镜组3内置于壳体9内，壳体9包括手持部91、转接部92和搭载部93构成的弯折状结构；准直透镜1设在手持部91，MEMS振镜2设在转接部92；聚焦透镜组3设在搭载部93；直角反射棱镜4和反射镜组内置于搭载盒10内，搭载部93远离转接部92的一端连接搭载盒10。通过如此配置，实现了对手持探头的集成化和小型化设计。
进一步的，本实施例中手持部91远离转接部92的一端依次连接保护套头11和保护线套12；准直透镜1连接光纤跳线13的一端，通过将光纤跳线13与显示终端相连接，可观测对双向扫描的血管的断面成像，并进一步检测血液的流速；MEMS振镜2连接MEMS驱动板14，MEMS驱动板14连接电缆15的一端，其中，MEMS振镜2封装于电路板上，由电路板与MEMS驱动板14进行机械连接，MEMS驱动板14控制信号由终端所控制，并通过转接的电缆15输入正弦周期控制的偏置电压信号，使MEMS振镜2能在±3.5°的范围内线性偏转，实现MEMS振镜2对光束扫描轨迹的实时控制；另外，光纤跳线13的另一端和电缆15的另一端均从保护套头11和保护线套12中引出。通过设计保护套头11和保护线套12，可分别对光纤跳线13和电缆15的布线进行优化，确保了手持探头在整体上的美观性，并对壳体9内的准直透镜1和MEMS振镜2实施间接防护。
进一步的，参见图2、图4，在具体实现对准直透镜1、MEMS振镜2和聚焦透镜组3的安装时，本实施例在转接部92设有直三角形固定架16；固定架16的其中一个直角边连接准直固定器17的一端，准直固定器17的另一端伸向手持部91，在准直固定器17中安装准直透镜1；固定架16的斜边安装MEMS驱动板14；固定架16的另一个直角边连接直管18的一端，直管18的另一端伸入至搭载部93内，并与搭载盒10相连接，在直管18内安装聚焦透镜组3，其中，聚焦透镜组3可采用双胶合透镜。
进一步的，参见图3，本实施例中直管18内设有限位压圈19(限位压圈19可以设两个以上)，限位压圈19与直管18的内壁之间通过螺纹连接，即在直管18的内壁上开设有内螺纹，在限位压圈19的沿边上开设有外螺纹，通过正向或反向旋转限位压圈19，可控制限位压圈19在直管18内的位置，从而通过聚焦透镜组3两侧的限位压圈19的限位和固定，可实时调整聚焦透镜组3在直管18内的安装位置。
进一步的，本实施例中直管18的一端通过螺纹连接固定架16的另一个直角边，直管18的另一端设有转接管口20，转接管口20与搭载盒10可拆卸式连接。
具体地，参见图4、图6，在固定架16的另一个直角边设有螺纹接口27，并在螺纹接口27的内侧壁上设有沿其轴向呈圆周均匀布置的导向槽29，在直管18的一端的外侧壁上设有与各个导向槽29相匹配的导向条30，直管18的一端插入至螺纹接口27内，并在螺纹接口27上设有与其螺纹连接的锁紧套28，锁紧套28的一端的内侧设有挡边31，参见图5，挡边31用于对各个导向条30进行止挡。
直管18的另一端连接转接管口20，转接管口20与搭载盒10可拆卸式连接，这种可拆卸式连接方式可选为螺纹连接、卡扣连接或通过永久磁铁的磁性连接。
参见图6，本实施例在图6中示出了转接管口20与搭载盒10通过卡扣连接的方式，其中，转接管口20为方形管口，在方形管口的四个内侧壁上均设有卡槽，在搭载盒10上朝向直管18的一侧设有方形接头管，并在方形接头管的四个外侧壁上均设有凸起，从而在连接时，只需将搭载盒10的方形接头管插入至转接管口20的方形管口中，直至所述凸起卡入至与其匹配的所述卡槽即可。通过将转接管口20与搭载盒10进行可拆卸式连接，便于对搭载盒10进行更换，并在每次实验完成后，对搭载盒10进行拆卸和快速消毒处理。
进一步的，为了确保搭载盒10内各个光学元件安装的稳固性，本实施例中搭载盒10包括对应拼装为一体的左盒体23和右盒体24，并且，左盒体23的左侧设有左压盖25，右盒体24的右侧设有右压盖26，参见图7；在左盒体23和右盒体24的中部设有相对应的棱镜卡槽101，棱镜卡槽101内安装直角反射棱镜4；在左盒体23和右盒体24内，还设有对应位于棱镜卡槽101四周的第一插槽102、第二插槽103、第三插槽104和第四插槽105，第一插槽102内插装第一反射镜5，第二插槽103内插装第二反射镜6，第三插槽104内插装第三反射镜7，第四插槽105内插装第四反射镜8。
进一步的，本实施例在搭载盒10上设有出光口21，出光口21沿聚焦透镜组3的光轴设置，并位于第二反射镜6和第四反射镜8之间，出光口21的侧壁上设有载物钩22。由此，在对血管的断面实施两个方向的扫描时，可直接将血管32搭载在出光口21内侧的载物钩22上，以使得待成像的血管与光学处理模块中的各个元件保持相对静止，不出现抖动的现象，以进一步确保成像的清晰度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
包括光学处理模块；
所述光学处理模块包括沿光路依次设置的准直透镜、MEMS振镜、聚焦透镜组、直角反射棱镜和反射镜组；
其中，所述直角反射棱镜通过两个直角面的反射，将来自所述聚焦透镜组的入射光分为两束反射光；
所述反射镜组对两束所述反射光分别进行反射，并输出两束相对出射的出射光；
所述准直透镜的光轴呈水平布置；
所述MEMS振镜在零偏压状态下与水平面呈45°夹角，所述MEMS振镜相对其零偏压状态的偏转角度为±3.5°；
所述聚焦透镜组的光轴呈竖直布置，且所述聚焦透镜组的光轴垂直于所述直角反射棱镜的底面，所述直角反射棱镜的两个直角面朝向所述聚焦透镜组的一侧布置；
所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜；所述第一反射镜、所述第三反射镜对应与所述直角反射棱镜的两个直角面相平行；所述第一反射镜与所述第二反射镜相垂直，并布置在所述聚焦透镜组的光轴的同一侧边；所述第一反射镜与所述第三反射镜、所述第二反射镜与所述第四反射镜均对称布置在所述聚焦透镜组的光轴的两侧。
2.根据权利要求1所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述准直透镜、所述MEMS振镜和所述聚焦透镜组内置于壳体内，所述壳体包括手持部、转接部和搭载部构成的弯折状结构；
所述准直透镜设在所述手持部，所述MEMS振镜设在所述转接部；所述聚焦透镜组设在所述搭载部；
所述直角反射棱镜和所述反射镜组内置于搭载盒内，所述搭载部远离所述转接部的一端连接所述搭载盒。
3.根据权利要求2所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述手持部远离所述转接部的一端依次连接保护套头和保护线套；所述准直透镜连接光纤跳线的一端；所述MEMS振镜连接MEMS驱动板，所述MEMS驱动板连接电缆的一端；所述光纤跳线的另一端和所述电缆的另一端均从所述保护套头和所述保护线套中引出。
4.根据权利要求3所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述转接部设有直三角形固定架；
所述固定架的其中一个直角边连接准直固定器的一端，所述准直固定器的另一端伸向所述手持部，所述准直固定器中安装所述准直透镜；
所述固定架的斜边安装所述MEMS驱动板；
所述固定架的另一个直角边连接直管的一端，所述直管的另一端伸入至所述搭载部内，并与所述搭载盒相连接，所述直管内安装所述聚焦透镜组。
5.根据权利要求4所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述直管内设有限位压圈，所述限位压圈与所述直管的内壁之间通过螺纹连接，所述聚焦透镜组的两侧分别通过所述限位压圈进行限位。
6.根据权利要求4所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述直管的一端通过螺纹连接所述固定架的另一个直角边，所述直管的另一端设有转接管口，所述转接管口与所述搭载盒可拆卸式连接。
7.根据权利要求2所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，
所述搭载盒内侧的中部设有棱镜卡槽，所述棱镜卡槽内安装所述直角反射棱镜；
所述搭载盒内还设有位于所述棱镜卡槽四周的第一插槽、第二插槽、第三插槽和第四插槽，其中，所述第一插槽内插装所述第一反射镜，所述第二插槽内插装所述第二反射镜，所述第三插槽内插装所述第三反射镜，所述第四插槽内插装所述第四反射镜。
8.根据权利要求7所述的光学相干层析成像手持探头，其特征在于，所述搭载盒上设有出光口，所述出光口沿所述聚焦透镜组的光轴设置，并位于所述第二反射镜和所述第四反射镜之间，所述出光口的侧壁上设有载物钩。
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