CN112617760B

CN112617760B - 一种基于3d打印技术的多模态手持式oct系统

Info

Publication number: CN112617760B
Application number: CN202011633092.9A
Authority: CN
Inventors: 卢兆东; 许景江; 袁钘; 陈海奕; 程浩松; 林泽彬; 谢维; 林润强; 吴彤益; 邹艺铭; 何伟泰; 杨金生; 胡珂洋
Original assignee: Foshan University
Current assignee: Foshan University
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112617760A

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，包括：光源、第一光纤耦合器、第一环形器、第一准直透镜、第一平面反射镜、第二环形器、第二准直透镜、扫描振镜x、扫描振镜y、扫描透镜、第二平面反射镜、聚焦透镜、CCD相机、待测样品、第二光纤耦合器、平衡探测器和计算机系统，还包括3D打印制作的扫描振镜支架，固定支架，CCD相机外壳，箱体外壳，三重螺纹连接体，焦距调节装置a，焦距调节装置b和焦距调节装置c。本发明将多个部件集成在一起，通过3D打印技术制作扫描探头，可以实时监督手持式OCD系统扫描位置，其成本较低，集成度较高，减少了材料的浪费，操作性较好且成像更清晰检测效率更高。本发明适用于OCT系统领域。

Description

一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统

技术领域

本公开涉及OCT系统领域，具体涉及一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统。

背景技术

目前，一些皮肤的诊断技术往往具有很多局限性。激光多普勒成像技术只能获取粗糙的二维图像信息；红外热像技术需要在恒定的环境温度及严格的检测条件下才能保证测量的客观性；超声成像清晰度和分辨率比较低；检测结果易受医护人员的水平经验等影响，主观性较强；多数商用光学相干层析扫描系统需要将检测部位固定在检测台上，因此在对不便移动的病人和新生婴儿等进行检测时具有很大难度；而手持式OCT系统则集成度不高，且未加入CCD相机，因此无法对样品成像位置进行实时监督。

发明内容

本公开的目的在于提出一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本公开提出了一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，所述系统包括光源、第一光纤耦合器、第一环形器、第一准直透镜、第一平面反射镜、第二环形器、第二准直透镜、扫描振镜x、扫描振镜y、扫描透镜、第二平面反射镜、聚焦透镜、CCD相机、第二光纤耦合器、平衡探测器和计算机系统，所述系统分为箱体、扫描振镜部分、相机部分和其他部分，所述箱体包括第二准直透镜、扫描透镜和第二平面反射镜，所述扫描振镜部分包括扫描振镜x和扫描振镜y，所述相机部分包括聚焦透镜和CCD相机，所述其他部分包括光源、第一光纤耦合器、第一环形器、第一准直透镜、第一平面反射镜、第二环形器、第二光纤耦合器、平衡探测器和计算机系统，所述光源发出的光通过光纤经过第一光纤耦合器后分成两束，第一束光依次经过第一环形器和第一准直透镜后投射到第一平面反射镜，所述第一平面反射镜将第一束光按照第一入射入径反射回第一环形器，所述第一入射入径为第一束光的入射入径，第二束光依次经过第二环形器和第二准直透镜后投射到扫描振镜x和扫描振镜y，所述扫描振镜y将第二束光投射到扫描透镜后聚焦到待测样品，在所述待测样品上产生后向散射光，所述后向散射光的一部分按照第二入射入径返回第二环形器，所述第二入射入径为第二束光的入射入径，第一环形器上反射回来的第一光束和第二环形器上投射回的待测样品上的后向散射光发生干涉后投射到第二光纤耦合器，后入射平衡探测器，所述平衡探测器将光信号转换成电信号后传输到计算机系统，所述待测样品上的后向散射光的另一部分通过扫描振镜y入射第二平面反射镜，所述第二平面反射镜将光束反射到聚焦透镜后入射到CCD相机，CCD相机将成像结果传输到计算机系统中。

所述扫描振镜部分还包括扫描振镜支架和固定支架，所述相机部分还包括CCD相机外壳，所述箱体部分还包括箱体外壳，三重螺纹连接体，焦距调节装置a，焦距调节装置b和焦距调节装置c。

所述扫描振镜支架，固定支架，CCD相机外壳，箱体外壳，三重螺纹连接体，焦距调节装置a，焦距调节装置b和焦距调节装置c由3D打印而成。

具体的，所述第一光纤耦合器和第二光纤耦合器的耦合比为75：25。

具体的，第一准直透镜和第一平面反射镜共光轴。

具体的，扫描振镜x和扫描振镜y之间存在第一夹角，所述第一夹角为扫描振镜x和扫描振镜y之间的夹角，所述第一夹角使得光源发出的光可沿光路到达待测样品。

具体的，扫描振镜y、扫描透镜、聚焦透镜和CCD相机共光轴。

具体的，第二平面反射镜和聚焦透镜之间存在第二夹角，所述第二夹角为第二平面反射镜和聚焦透镜之间的夹角，所述第二夹角使得光源发出的光可沿光路反射聚焦透镜后，到达CCD相机。

具体的，所述扫描振镜y为可见光透射、红外光反射的二向色镜。

本公开的有益效果为：本发明提供了一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，将多个系统部件集成在一起，且通过3D打印技术制作扫描探头，可以实时监督手持式OCD系统扫描位置，其成本较低，集成度较高，减少了材料的浪费，操作性较好且成像更清晰检测效率更高。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，在附图中：

图1所示为本公开实施例提供的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统模块示意图；

图2所示为本公开实施例提供的一种由3D打印技术制作的部件图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图对本公开实施例中技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处幅图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

首先，对本公开中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

光学相干断层扫描技术(Optical Coherence Tomography,OCT)：一种非接触、高分辨率层析和生物显微镜成像设备，OCT分为时域OCT(TD-OCT)和频域OCT(FD-OCT)，时域OCT是把在同一时间从组织中反射回来的光信号与参照反光镜反射回来的光信号叠加、干涉，然后成像。

实验1，作为一种实施方式，图1示出了一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统模块示意图，参考图1，所述系统包括：光源100、第一光纤耦合器200、第一环形器300、第一准直透镜400、第一平面反射镜500、第二环形器600、第二准直透镜700、扫描振镜x800、扫描振镜y900、扫描透镜1000、第二平面反射镜1100、聚焦透镜1200、CCD相机1300、第二光纤耦合器1400、平衡探测器1500和计算机系统1600，所述系统分为箱体、扫描振镜部分、相机部分和其他部分，所述箱体包括第二准直透镜700、扫描透镜1000和第二平面反射镜1100，所述扫描振镜部分包括扫描振镜x800和扫描振镜y900，所述相机部分包括聚焦透镜1200和CCD相机1300，所述其他部分包括光源100、第一光纤耦合器200、第一环形器300、第一准直透镜400、第一平面反射镜500、第二环形器600、第二光纤耦合器1400、平衡探测器1500和计算机系统1600，所述光源100发出的光通过光纤经过第一光纤耦合器200后分成两束，第一束光依次经过第一环形器300和第一准直透镜400后投射到第一平面反射镜500，所述第一平面反射镜500将第一束光按照第一入射入径反射回第一环形器300，所述第一入射入径为第一束光的入射入径，第二束光依次经过第二环形器600和第二准直透镜700后投射到扫描振镜x800和扫描振镜y900，所述扫描振镜y900将第二束光投射到扫描透镜1000后聚焦到待测样品，在所述待测样品上产生后向散射光，所述后向散射光的一部分按照第二入射入径返回第二环形器600，所述第二入射入径为第二束光的入射入径，第一环形器300上反射回来的第一光束和第二环形器600上投射回的待测样品上的后向散射光发生干涉后投射到第二光纤耦合器1400，后入射平衡探测器1500，所述平衡探测器1500将光信号转换成电信号后传输到计算机系统1600，所述待测样品上的后向散射光的另一部分通过扫描振镜y900入射第二平面反射镜1100，所述第二平面反射镜1100将光束反射到聚焦透镜1200后入射到CCD相机1300，CCD相机1300将成像结果传输到计算机系统1600中。

优选的，平衡探测器1500采用线性波数光谱仪，用于对干涉光处理过程中对光谱的线性波数采样。开始成像之前，还可以通过计算机系统1600的智能软件平台，预览成像区域内的深度成像预览和CCD相机1300实时监督图像。

优选的，所述第一光纤耦合器200和第二光纤耦合器1400的耦合比为75：25，两个光纤耦合器和两个环形器的组合有效地提高待测样品的后向散射光在与参考臂反射的反射光发生干涉的比例，从而在提高成像分辨率的同时，降低红外光对待测物体的损伤。

优选的，第一准直透镜200和第一平面反射镜500共光轴。

优选的，扫描振镜x800和扫描振镜y900之间存在第一夹角，所述第一夹角为扫描振镜x800和扫描振镜y900之间的夹角，所述第一夹角使得光源100发出的光可沿光路到达待测样品。

优选的，扫描振镜y900、扫描透镜1000、聚焦透镜1200和CCD相机1300共光轴。

优选的，第二平面反射镜1100和聚焦透镜1200之间存在第二夹角，所述第二夹角为第二平面反射镜1100和聚焦透镜1200之间的夹角，所述第二夹角使得待测样品上的后向散射光可沿光路反射到达聚焦透镜1200后，入射到CCD相机1300中。

优选的，所述扫描振镜y900为可见光透射、红外光反射的二向色镜，在反射待测样品上的后向散射光的同时，也将可见的后向散射光经第二平面反射镜1100反射到聚焦透镜1200后，入射CCD相机1300，从而实现本作品的多模态成像和实时成像功能。

本系统最大轴向成像范围为6mm，成像结果较其他传统的OCT系统更为清晰。

图2所示为本公开实施例提供的一种由3D打印技术制作的部件图，参考图2，所述扫描振镜部分还包括扫描振镜支架1700和固定支架1800，所述相机部分还包括CCD相机外壳1900，所述箱体部分还包括箱体外壳2000，三重螺纹连接体2100，焦距调节装置a2200，焦距调节装置b2300和焦距调节装置c2400。

所述扫描振镜支架1700，固定支架1800，CCD相机外壳1900，箱体外壳2000，三重螺纹连接体2100，焦距调节装置a2200，焦距调节装置b2300和焦距调节装置c2400由3D打印而成。所述扫描振镜支架1700将扫描振镜x800和扫描振镜y900按一定位置固定，然后用螺丝和固定支架1800固定在一起。所述扫描振镜x800、扫描振镜y900、扫描振镜支架1700和固定支架1800组成扫描振镜部分，所述CCD相机外壳1900、聚焦透镜1200和CCD相机1300组成相机部分，所述扫描透镜1000、焦距调节装置a2200，焦距调节装置b2300和焦距调节装置c2400组成物镜镜头部分，所述焦距调节装置a2200的内螺纹与焦距调节装置b2300的外螺纹配合，所述焦距调节装置b2300的内螺纹与焦距调节装置c2400的外螺纹配合，可以实现焦距调节。所述第二准直透镜700、扫描透镜1000和第二平面反射镜1100和箱体外壳2000组成箱体部分。CCD相机外壳1900通过滑盖的方式和箱体外壳2000固定在一起。所述扫描振镜部分和箱体外壳2000通过螺丝固定在一起。所述三重螺纹连接体2100用内螺纹和外螺纹结合的方式将箱体外壳2000和物镜镜头部分连接在一起。

基于3D打印技术的手持式扫描探头包括扫描振镜支架1700、固定支架1800、相机部分、箱体部分、三重螺纹连接体2100、焦距调节装置a2200，焦距调节装置b2300和焦距调节装置c2400。

开始成像前，先安装好基于3D打印技术的手持式扫描探头。计算机系统1600通过智能软件平台模拟输出数据，由PCI函数发生卡控制扫描振镜x800、扫描振镜y900的驱动电路，以改变扫描振镜x800、扫描振镜y900的扫描角度，从而实现对待测样品的三维断层扫描。在智能软件平台中，实验者可以看到手持式OCT扫描探头扫描的二维图像以及CCD相机1300的二维图像。如果手持式OCT扫描探头成像不理想，实验者可以通过调节物镜镜头部分中焦距调节装置a2200，焦距调节装置b2300和焦距调节装置c2400调节物距调整成像；如果二维图像不清晰，实验者可以通过调节智能软件平台中的各项参数，比如曝光度、曝光时间、亮度等以及通过拆卸相机部分和箱体部分调节聚焦透镜1200和CCD相机1300的距离，从而得到清晰的二维多方位皮肤表面样品实时成像。实验者还可以通过智能软件平台对CCD相机1300的图像进行旋转、镜像等操作，也可以使用CCD相机1300对待测样品进行拍照、录像，并分别以“.jpg”或“.avi”文件格式储存。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims

1.一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，所述系统包括光源(100)、第一光纤耦合器(200)、第一环形器(300)、第一准直透镜(400)、第一平面反射镜(500)、第二环形器(600)、第二准直透镜(700)、扫描振镜x(800)、扫描振镜y(900)、扫描透镜(1000)、第二平面反射镜(1100)、聚焦透镜(1200)、CCD相机(1300)、第二光纤耦合器(1400)、平衡探测器(1500)和计算机系统(1600)，所述系统分为箱体、扫描振镜部分、相机部分和其他部分，所述箱体包括第二准直透镜(700)、扫描透镜(1000)和第二平面反射镜(1100)，所述扫描振镜部分包括扫描振镜x(800)和扫描振镜y(900)，所述相机部分包括聚焦透镜(1200)和CCD相机(1300)，所述其他部分包括光源(100)、第一光纤耦合器(200)、第一环形器(300)、第一准直透镜(400)、第一平面反射镜(500)、第二环形器(600)、第二光纤耦合器(1400)、平衡探测器(1500)和计算机系统(1600)，所述光源(100)发出的光通过光纤经过第一光纤耦合器(200)后分成两束，第一束光依次经过第一环形器(300)和第一准直透镜(400)后投射到第一平面反射镜(500)，所述第一平面反射镜(500)将第一束光按照第一入射入径反射回第一环形器(300)，所述第一入射入径为第一束光的入射入径，第二束光依次经过第二环形器(600)和第二准直透镜(700)后投射到扫描振镜x(800)和扫描振镜y(900)，所述扫描振镜y(900)将第二束光投射到扫描透镜(1000)后聚焦到待测样品，在所述待测样品上产生后向散射光，所述后向散射光的一部分按照第二入射入径返回第二环形器(600)，所述第二入射入径为第二束光的入射入径，第一环形器(300)上反射回来的第一光束和第二环形器(600)上反射回的后向散射光发生干涉后投射到第二光纤耦合器(1400)，后入射平衡探测器(1500)，所述平衡探测器(1500)将光信号转换成电信号后传输到计算机系统(1600)，所述待测样品上的后向散射光的另一部分通过扫描振镜y(900)入射第二平面反射镜(1100)，所述第二平面反射镜(1100)将光束反射到聚焦透镜(1200)，后入射CCD相机(1300)，CCD相机(1300)将成像结果传输到计算机系统(1600)中；

所述扫描振镜部分还包括扫描振镜支架(1700)和固定支架(1800)，所述相机部分还包括CCD相机外壳(1900)，所述箱体部分还包括箱体外壳(2000)，三重螺纹连接体(2100)，焦距调节装置a(2200)，焦距调节装置b(2300)和焦距调节装置c(2400)；

所述扫描振镜支架(1700)，固定支架(1800)，CCD相机外壳(1900)，箱体外壳(2000)，三重螺纹连接体(2100)，焦距调节装置a(2200)，焦距调节装置b(2300)和焦距调节装置c(2400)由3D打印而成。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，所述第一光纤耦合器(200)和第二光纤耦合器(1400)的耦合比为75：25。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，第一准直透镜(400)和第一平面反射镜(500)共光轴。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，扫描振镜x(800)和扫描振镜y(900)之间存在第一夹角，所述第一夹角为扫描振镜x(800)和扫描振镜y(900)之间的夹角，所述第一夹角使得光源(100)发出的光可沿光路到达待测样品。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，扫描振镜y(900)、扫描透镜(1000)、聚焦透镜(1200)和CCD相机(1300)共光轴。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，第二平面反射镜(1100)和聚焦透镜(1200)之间存在第二夹角，所述第二夹角为第二平面反射镜(1100)和聚焦透镜(1200)之间的夹角，所述第二夹角使得待测样品上的后向散射光可沿光路反射聚焦透镜(1200)后，到达CCD相机(1300)。

7.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的多模态手持式OCT系统，其特征在于，所述扫描振镜y(900)为可见光透射、红外光反射的二向色镜。