CN111227771A - 工作距离可变的自聚焦oct内窥镜 - Google Patents

Abstract

一种工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，包括：壳体和设置于其内部的OCT内窥镜透镜腔以及微型电机，OCT内窥镜透镜腔内设有光学器件以输出聚焦激光光束透过壳体以照射样本组织，同时通过光学器件接收样本组织的反射光并输出信号，其中：微型电机通过丝杠滑块与壳体内壁和OCT内窥镜透镜腔相连以调节OCT内窥镜透镜腔姿态。本发明利用光学相干层析本身发射与接收的近红外激光信号作为调节内窥镜工作距离的依据，实现工作距离可变的自聚焦光学相干层析成像，解决因生物组织表面不平整或肠道组织表面不均匀而引起的离焦现象和图像失真。

Description

工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种工作距离可变的自聚焦光学相干层析(OCT)内窥镜。

背景技术

现有的内窥镜大多工作距离固定，即从内窥镜镜头到焦点的距离不可改变。但是，由于生物组织表面不是完全的平整或肠道组织表面不均匀，光学相干层析(OCT)内窥镜在应用时通常会造成不能实时准确对焦，造成成像不清晰。现有的工作距离可变式内窥镜多采用液体棱镜，通过外加电压改变液体棱镜的曲率来实现自动聚焦和变焦功能，但液体棱镜普遍直径较大，一般为5mm以上，不利于制造微型集成内窥镜，对细小管腔的光学扫描成像有较大局限。

发明内容

本发明针对现有的内窥镜大多工作距离固定，只适用于表面平滑或管径恒定的肠道组织。但样本组织表面通常不是完全平整的，工作距离固定的内窥镜会由于离焦导致横向分辨率降低，影响成像质量的缺点，提出一种工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，利用光学相干层析本身发射与接收的近红外激光信号作为调节内窥镜工作距离的依据，实现工作距离可变的自聚焦光学相干层析(OCT)成像，解决因生物组织表面不平整或肠道组织表面不均匀而引起的离焦现象和图像失真。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：壳体和设置于其内部的OCT内窥镜透镜腔以及微型电机，OCT内窥镜透镜腔内设有光学器件以输出聚焦激光光束透过壳体以照射样本组织，同时通过光学器件接收样本组织的反射光并输出信号，其中：微型电机通过丝杠滑块与壳体内壁和OCT内窥镜透镜腔相连以调节OCT内窥镜透镜腔姿态。

所述的输出信号通过与光学器件相连的距离传感器采集得到，包括：图像信息、光学信息和/或距离信息。

所述的距离传感器优选包括信号放大器、转换器和信号采集单元，从样本组织上的光学相干层析(OCT)信号按照原本的光路返回光纤，通过距离传感器的信号采集单元将OCT信号的强度和其他光学性能进行采集，通过信号放大器放大，通过转换器将光学信号转化为电信号，再将电信号传输给控制模块进行处理。

所述的调节是指：根据输出信号控制微型电机在丝杠滑块上的位置和/或控制微型电机驱动OCT内窥镜透镜腔的位置，进而改变内窥镜的工作距离。

所述的光学器件包括：依次设置于腔体内部的光束准直器、透镜组以及反射镜，其中：反射镜用于输出聚焦激光光束至样本组织或接收反射光，透镜组对来自光束准直器或反射镜的光线进行聚焦/过滤处理，光束准直器通过单模光纤输出信号。

所述的透镜组包括但不限于：消色差透镜、梯度折射率透镜、非球面透镜、液体透镜或其组合以实现聚焦。

所述的液体透镜的曲率优选根据输出信号进行调节控制，从而改变内窥镜的工作距离。

所述的梯度折射率透镜和液体透镜的直径优选为1.8mm，用于会聚光线，减少了汇聚透镜的个数，使内窥镜探头结构更加集成一体化，更小巧。

所述的消色差透镜的扩束倍率优选为2-3倍，以满足占据梯度折射率棱镜的通光孔径，实现最大程度的通光率。

所述的非球面透镜的焦距优选为5-8mm，数值孔径为0.4-0.55，增透膜650-1050nm，该非球面透镜减少在聚焦和光束准直时透射波引入的球差。

所述的反射镜上优选设有增反膜650-1050nm，采用K9玻璃。

所述的激光光束为中心波长为800nm-1200nm的近红外光。

技术效果

本发明整体解决了检测对象表面不规则导致的成像的离焦问题，

与现有技术相比，本发明不增加内窥镜内的装置，利用光学相干层析本身发射与接收的近红外激光信号作为调节内窥镜工作距离的依据；采用聚焦透镜减少内窥镜探头内的透镜数量，使内窥镜结构更小巧、更简化；采用消色差透镜，实现最大程度的占据聚焦透镜的通光孔径；采用距离传感器和信号处理模块，实现了以反射光作为信号改变其工作距离。

附图说明

图1为实施例成像流程图；

图2为实施例1的内窥镜系统示意图；

图3为实施例2的内窥镜结构示意图；

图中：激光光源1、直流电源2、电缆3、壳体4、光束准直器5、全反射棱镜6、微型电机7、丝杠8、透明扫描窗9、梯度折射率透镜10、消色差透镜11、透镜腔12、单模光纤13、信号线14、距离传感器15、信号处理模块16、信号线17、微型电机18、反射镜19、非球面透镜20、液体透镜21、消色差透镜22、光束准直器23、外壳24、光纤耦合器25、旋转扫描腔26、单模光纤27、电缆28。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，为本实施例涉及的一种工作距离可变的自聚焦内窥成像装置，包括：壳体4、设置于壳体4内的微型电机7和透镜腔12、依次设置于透镜腔12内部的光束准直器5、消色差透镜11、梯度折射率透镜10和全反射棱镜6，其中：微型电机7分别通过丝杠8与透镜腔12相连、通过信号线14和电缆3分别与信号处理模块16和直流电源2相连，激光光源1和信号处理模块16分别通过单模光纤13与光束准直器5相连。

所述的壳体4上设有透明扫描窗9。

所述的信号处理模块16与光束准直器5之间设有距离传感器15。

本实施例涉及上述装置的成像方法，具体包括：

第一步、激光光源1通过单模光纤13输入入射光，进入壳体4，依次通过光束准直器5实现光束准直，通过消色差透镜11扩束，通过梯度折射率透镜10聚焦，聚焦光束在全反射棱镜6的斜表面全反射，通过透明扫描窗9出射，照射样本组织；

第二步、样本组织的反射光按照原光路返回至光束准直器5，进入距离传感器15，距离传感器根据反射光信号的强度及其他光学特征得到内窥镜的实际工作距离与理想值的偏差，距离传感器将光信号转换为距离电信号；

第三步、获得的电信号通过信号处理模块16的信号控制部件改变丝杠8上的微型电机7的位置，实现全反射棱镜6的位置变化，进而改变内窥镜的工作距离；

第四步、激光再次出射，照射样本组织，反射光按原光路返回至距离传感器15与信号处理模块16，通过信号处理模块16计算图像的横向分辨率是否达到设定的判据，如达到，则停止调节微型电机位置；如未达到设定的判据，则重复第二步与第三步，直到达到为止。

实施例2

如图1和图3所示，本实施例涉及一种基于液体棱镜的自聚焦光学相干层析内窥镜装置，包括：外壳24、设置于外壳24内的微型电机18和旋转扫描腔26、依次设置于旋转扫描腔26内的反射镜19、非球面透镜20、液体透镜21、消色差透镜22和光束准直器23，其中：微型电机18通过电缆28接收启动信号，液体透镜21通过信号线17接收曲率控制信号，光束准直器23通过光纤耦合器25和单模光纤27接收入射光。

所述的外壳24上设有透明扫描窗。

本实施例涉及上述装置的成像方法，具体包括：

第一步、入射光通过单模光纤27，经过光纤耦合器25，到达光束准直器23准直后，通过消色差透镜22消除色差与扩束，入射到液体透镜21聚焦，再经过非球面透镜20再聚焦，得到聚焦光束入射到反射镜19，经过反射后出射，照射在壳体外部的样品上；

第二步、样本组织的反射光返回原光路，进入距离传感器，距离传感器根据反射光信号的强度及其他光学特征得到内窥镜的实际所需工作距离，距离传感器将光信号转换为距离电信号；

第三步、获得的电信号通过计算机的信号通过信号线17控制部件控制液体透镜21的电压，实现液体透镜21的曲率变化，曲率变化即焦距随之改变实现自聚焦，进而改变内窥镜的工作距离；

第四步、激光再次出射，照射样本组织，反射光按原光路返回至距离传感器与计算机，通过计算机计算图像的横向分辨率是否达到设定的判据，如达到，则停止调节微型电机位置；如未达到设定的判据，则重复第二步与第三步，直到达到为止。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征在于，包括：壳体和设置于其内部的OCT内窥镜透镜腔以及微型电机，OCT内窥镜透镜腔内设有光学器件以输出聚焦激光光束透过壳体以照射样本组织，同时通过光学器件接收样本组织的反射光并输出信号，其中：微型电机通过丝杠滑块与壳体内壁和OCT内窥镜透镜腔相连以调节OCT内窥镜透镜腔姿态；

所述的输出信号通过与光学器件相连的距离传感器采集得到，包括：图像信息、光学信息和/或距离信息；

所述的调节是指：根据输出信号控制微型电机在丝杠滑块上的位置和/或控制微型电机驱动OCT内窥镜透镜腔的位置，进而改变内窥镜的工作距离。

2.根据权利要求1所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，所述的光学器件包括：依次设置于腔体内部的光束准直器、透镜组以及反射镜，其中：反射镜用于输出聚焦激光光束至样本组织或接收反射光，透镜组对来自光束准直器或反射镜的光线进行聚焦/过滤处理，光束准直器通过单模光纤输出信号。

3.根据权利要求2所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，所述的透镜组包括：消色差透镜、梯度折射率透镜、非球面透镜、液体透镜或其组合以实现聚焦。

4.根据权利要求3所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，所述的液体透镜的曲率根据输出信号进行调节控制，从而改变内窥镜的工作距离。

5.根据权利要求1所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，所述的距离传感器包括信号放大器、转换器和信号采集单元，从样本组织上的光学相干层析信号按照原本的光路返回光纤，通过距离传感器的信号采集单元将OCT信号的强度和其他光学性能进行采集，通过信号放大器放大，通过转换器将光学信号转化为电信号，再将电信号传输给控制模块进行处理。

6.根据上述任一权利要求所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，具体包括：壳体、设置于壳体内的微型电机和透镜腔、依次设置于透镜腔内部的光束准直器、消色差透镜、梯度折射率透镜和全反射棱镜，其中：微型电机分别通过丝杠与透镜腔相连、通过信号线和电缆分别与信号处理模块和直流电源相连，激光光源和信号处理模块分别通过单模光纤与光束准直器相连。

7.根据权利要求1～5中任一所述的工作距离可变的自聚焦OCT内窥镜，其特征是，具体包括：包括：外壳、设置于外壳内的微型电机和旋转扫描腔、依次设置于旋转扫描腔内的反射镜、非球面透镜、液体透镜、消色差透镜和光束准直器，其中：微型电机通过电缆接收启动信号，液体透镜通过信号线接收曲率控制信号，光束准直器通过光纤耦合器和单模光纤接收入射光。

8.根据权利要求6所述自聚焦OCT内窥镜的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、激光光源通过单模光纤输入入射光，进入壳体，依次通过光束准直器实现光束准直，通过消色差透镜扩束，通过梯度折射率透镜聚焦，聚焦光束在全反射棱镜的斜表面全反射，通过透明扫描窗出射，照射样本组织；

第二步、样本组织的反射光按照原光路返回至光束准直器，进入距离传感器，距离传感器根据反射光信号的强度及其他光学特征得到内窥镜的实际工作距离与理想值的偏差，距离传感器将光信号转换为距离电信号；

第三步、获得的电信号通过信号处理模块的信号控制部件改变丝杠上的微型电机的位置，实现全反射棱镜的位置变化，进而改变内窥镜的工作距离；

第四步、激光再次出射，照射样本组织，反射光按原光路返回至距离传感器与信号处理模块，通过信号处理模块计算图像的横向分辨率是否达到设定的判据，如达到，则停止调节微型电机位置；如未达到设定的判据，则重复第二步与第三步，直到达到为止。

9.根据权利要求7所述自聚焦OCT内窥镜的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、入射光通过单模光纤，经过光纤耦合器，到达光束准直器准直后，通过消色差透镜消除色差与扩束，入射到液体透镜聚焦，再经过非球面透镜再聚焦，得到聚焦光束入射到反射镜，经过反射后出射，照射在壳体外部的样品上；

第二步、样本组织的反射光返回原光路，进入距离传感器，距离传感器根据反射光信号的强度及其他光学特征得到内窥镜的实际所需工作距离，距离传感器将光信号转换为距离电信号；

第三步、获得的电信号通过计算机的信号通过信号线控制部件控制液体透镜的电压，实现液体透镜的曲率变化，曲率变化即焦距随之改变实现自聚焦，进而改变内窥镜的工作距离；

第四步、激光再次出射，照射样本组织，反射光按原光路返回至距离传感器与计算机，通过计算机计算图像的横向分辨率是否达到设定的判据，如达到，则停止调节微型电机位置；如未达到设定的判据，则重复第二步与第三步，直到达到为止。

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