CN113796831A - 一种旋转内窥oct探头 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种旋转内窥OCT探头，其技术方案要点是：包括用于伸入生物组织内的透明导管以及光纤，所述光纤设置在所述透明导管内，用于传输由光源发射的光线，其特征在于，所述透明导管内还包括有沿光线从光纤入射至生物组织方向依次排列的：自聚焦透镜，用于会聚光线；直角棱镜，用于将经过所述自聚焦透镜会聚后的光线反射至垂直于所述透明导管的方向；柱面镜，用于接收经过所述直角棱镜反射的光线，所述柱面镜靠近所述直角棱镜的一侧为平面，另一侧为凸面，所述柱面镜与所述透明导管之间设置有硅油。本申请提供的一种旋转内窥OCT探头具有成像分辨率高、体积小、结构紧凑的优点。

Description

一种旋转内窥OCT探头
技术领域
本申请涉及医学成像技术领域，具体而言，涉及一种旋转内窥OCT探头。
背景技术
由于传统医学内窥镜只能观察内部器官表面的病变，而病变往往首先发生于器官的断层内。所以引入超声成像技术扩展内窥镜的功能。但超声成像的分辨率在毫米量级，远未达到微米级别分辨率水平。虽然OCT分辨率足够，但是因为OCT技术成像深度浅，只能对皮下组织约几个毫米的深度进行成像，所以提出了基于导管的光纤OCT 内窥镜系统，将OCT技术和导管或者内窥镜结合在体内进行检测，对内部生物体如呼吸道、消化道、泌尿系统以及心血管系统进行检测，实现活体无损的截面成像，从而避免了对病变组织做病理切片这种具有一定破坏性的方法。
然而，目前常用的小尺寸旋转内窥OCT探头，因为导管本身对光线会产生作用，可以视为一个透镜，因此会扩增光斑，降低分辨率，现有的光纤导管OCT可以实现小尺寸以进行体内检查，但是普遍分辨率较差，不能在光学上补偿导管带来的影响。
针对上述问题，发明人提供了一种解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种旋转内窥OCT探头，具有成像分辨率高、体积小、结构紧凑的优点。
第一方面，本申请实施例提供了一种旋转内窥OCT探头，技术方案如下：
包括用于伸入生物组织内的透明导管以及光纤，所述光纤设置在所述透明导管内，用于传输由光源发射的光线，所述透明导管内还包括有沿光线从光纤入射至生物组织方向依次排列的：
自聚焦透镜，用于会聚光线；
直角棱镜，用于将经过所述自聚焦透镜会聚后的光线反射至垂直于所述透明导管的方向；
柱面镜，用于接收经过所述直角棱镜反射的光线，所述柱面镜靠近所述直角棱镜的一侧为平面，另一侧为凸面，所述柱面镜与所述透明导管之间设置有硅油。
将光纤、自聚焦透镜、直角棱镜以及柱面镜设置在透明导管里面，将透明导管伸入生物组织内部，用以对内部生物体如呼吸道、消化道、泌尿系统以及心血管系统进行检测，实现活体无损的截面成像，其中光纤用于传输光线，光线从光纤里发射而出，入射经过自聚焦透镜、直角棱镜、柱面镜、硅油、透明导管最后照射在生物组织上，在现有的技术方案中，透明导管回对光产生作用，导致成像分辨率下降，而在本申请的方案中，在直角棱镜处设置了一个柱面镜，通过柱面镜来补偿透明导管本身带来的影响，进而提高了成像分辨率。
进一步地，在本申请实施例中，所述自聚焦透镜的梯度常数为1.34、中心折射率为1.616、厚度为1.173mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述直角棱镜与所述自聚焦透镜贴合，所述直角棱镜的厚度为0.5mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述柱面镜与所述直角棱镜贴合，所述柱面镜的凸面曲率半径为-5.2mm、厚度为0.1mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述柱面镜与所述透明导管内壁的距离为0.276mm，所述透明导管的内壁的曲率半径为-0.65mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述透明导管的厚度为0.1mm，所述透明导管的外壁的曲率半径为-0.75mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述自聚焦透镜与所述光纤之间设置有连接管，所述自聚焦透镜与所述光纤之间的距离为0.148mm。
进一步地，在本申请实施例中，所述透明导管内还设置有弹簧，所述连接管设置在所述弹簧上。
进一步地，在本申请实施例中，所述自聚焦透镜的折射率n满足：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，r表示所述自聚焦透镜不同位置的半径。
进一步地，在本申请实施例中，所述自聚焦透镜的两侧面均设置有增透膜，所述直角棱镜的反射面设置有金膜。
由上可知，本申请提供的一种旋转内窥OCT探头，将光纤、自聚焦透镜、直角棱镜以及柱面镜设置在透明导管里面，将透明导管伸入生物组织内部，用以对内部生物体如呼吸道、消化道、泌尿系统以及心血管系统进行检测，实现活体无损的截面成像，其中光纤用于传输光线，光线从光纤里发射而出，入射经过自聚焦透镜、直角棱镜、柱面镜、硅油、透明导管最后照射在生物组织上，在现有的技术方案中，透明导管回对光产生作用，导致成像分辨率下降，而在本申请的方案中，在直角棱镜处设置了一个柱面镜，通过柱面镜来补偿透明导管本身带来的影响，进而提高了成像分辨率，具有成像分辨率高、体积小、结构紧凑的有益效果。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种旋转内窥OCT探头结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种旋转内窥OCT探头结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种旋转内窥OCT探头光路图。
图4为使用柱面镜校正后的出射光斑尺寸图。
图5为未使用柱面镜校正的出射光斑尺寸图。
图6为使用柱面镜校正后的mtf曲线图。
图7为未使用柱面镜校正的mtf曲线图。
图中：100、透明导管；200、光纤；300、自聚焦透镜；400、直角棱镜；500、柱面镜；600、弹簧；700、连接管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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，在本申请的描述中，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。
请参照图1至图7，一种旋转内窥OCT探头，其技术方案具体包括用于伸入生物组织内的透明导管100以及光纤200，光纤200设置在透明导管100内，用于传输由光源发射的光线，透明导管100内还包括有沿光线从光纤200入射至生物组织方向依次排列的：
自聚焦透镜300，用于会聚光线；
直角棱镜400，用于将经过自聚焦透镜300会聚后的光线反射至垂直于透明导管100的方向；
柱面镜500，用于接收经过直角棱镜400反射的光线，柱面镜500靠近直角棱镜400的一侧为平面，另一侧为凸面，柱面镜500与透明导管100之间设置有硅油。
通过上述技术方案，将光纤200、自聚焦透镜300、直角棱镜400以及柱面镜500设置在透明导管100里面，将透明导管100伸入生物组织内部，用以对内部生物体如呼吸道、消化道、泌尿系统以及心血管系统或其它位置进行检测，实现活体无损的截面成像，其中光纤200用于传输光线，光线从光纤200里发射而出，入射经过自聚焦透镜300、直角棱镜400、柱面镜500、硅油、透明导管100最后照射在生物组织上，在现有的技术方案中，透明导管100会对光产生作用，导致成像分辨率下降，而在本申请的方案中，在直角棱镜400处设置了一个柱面镜500，通过柱面镜500来补偿透明导管100本身带来的影响，进而提高了成像分辨率。
进一步地，在其中一些实施例中，自聚焦透镜300的梯度常数为1.34、中心折射率为1.616、厚度为1.173mm。直角棱镜400与自聚焦透镜300贴合，直角棱镜400的厚度为0.5mm。柱面镜500与直角棱镜400贴合，柱面镜500的凸面曲率半径为-5.2mm、厚度为0.1mm。柱面镜500与透明导管100内壁的距离为0.276mm，透明导管100的内壁的曲率半径为-0.65mm。透明导管100的厚度为0.1mm，透明导管100的外壁的曲率半径为-0.75mm。自聚焦透镜300与光纤200之间设置有连接管700，自聚焦透镜300与光纤200之间的距离为0.148mm。
具体的，该光学系统的具体设计参数如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，自聚焦透镜300的折射率n满足：
Figure 766689DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，r表示所述自聚焦透镜300不同位置的半径。
Δt为最大步长，Δt决定了仿真折射率的速度与精度间的关系，速度与精度成反比。
通过上述技术方案，利用上述参数设计出来光学系统，不仅结构紧凑，而且具备了超高的分辨率，具有非常优秀的成像质量，光线从光纤200中射出，照射在自聚焦透镜300上，自聚焦透镜300为梯度5 的透镜，其两端面均为平面，厚度为1.173mm，光线在穿过自聚焦透镜300的过程中被其聚焦，聚焦后的光线进入了与自聚焦透镜300贴合的直角棱镜400，直角棱镜400将光线转折90°，被转折的光线进入至柱面镜500，柱面镜500为平凸透镜，厚度为0.1mm，曲率半径为-5.2mm，光线经过柱面镜500的聚焦后穿过柱面镜500与透明管道之间的硅油，硅油在这里相当于一面透镜，柱面镜500与透明导管100内壁的距离为0.276mm，相当于硅油形成了与柱面镜500以及透明导管100相贴合且厚度为0.276mm的透镜。光线在穿过硅油后，进入透明导管100，透明导管100为圆柱状，而光线由透明导管100的内部向外发射，因此透明导管100相当于形成了一面凹凸透镜，透明管道的内壁曲率半径为-0.65mm，外壁曲率半径为-0.75mm，光线在闯过透明管道之后照射在生物组织上，然后反射光沿光路返回形成图像。
具体如图4、图5、图6、图7所示，其中，图5是不采用柱面镜500进行校正时得到的出射光斑尺寸图，图4是采用柱面镜500进行校正后的出射光斑尺寸图，图7是不采用柱面镜500进行校正时得到的mtf曲线，图6是采用柱面镜500进行校正后得到的mtf曲线。按此设计，本申请所提供的方案可以将分辨率达到惊人的0.02微米。
进一步地，在其中一些实施例中，透明导管100内还设置有弹簧600，连接管700设置在弹簧600上。
其中，在一些具体实施方式中，弹簧600是用304不锈钢钢琴丝拉制的弹簧600，内径为07mm，外径为1.2mm。
通过上述技术方案，探头在进行工作时，通过弹簧600可以在工作时给探头提供旋转的扭矩，使内部的光线部件可以转动。
进一步地，在其中一些实施例中，自聚焦透镜300的两侧面均设置有增透膜，直角棱镜400的反射面设置有金膜。
通过上述技术方案，利用增透膜来增加透光性能，使光线最大程度穿过透镜，减少能量损耗，进而提高成像质量。在直角棱镜400的反射面设置金膜可以提高光线的反射率，同样可以减少光线损耗，进而提高成像质量。
具体的，在一些优选实施方式中，本申请提供的一种旋转内窥OCT探头的主体结构由光纤200、自聚焦透镜300、连接管700、直角棱镜400、柱面镜500、弹簧600、透明导管100组成。
其中，光纤200与自聚焦透镜300通过点胶分别粘接在连接管700的两端，直角棱镜400粘接在自聚焦透镜300上，柱面镜500粘接在直角棱镜400上，连接管700焊接在弹簧600上，以上部件全部套在透明导管100内，并且在透明导管100内填充由硅油，以上部件泡在硅油里，硅油还可以起到润滑的作用。具体可以使用UV305以及353ND进行点胶。
其中，光纤200采用的是9/125单模光纤200，光纤200的前端套有玻璃管，玻璃管经过研磨机磨削过端面，使其端面光洁度达到镜头级的要求，并设置由增透膜用于提高透光度。
其中，连接管700采用医用级不锈钢304毛细管，内径为0.5mm，外径为0.7mm，由机器拉制后使用激光切割而成。
其中，自聚焦透镜300使用梯度常数1.340，中心折射率1.616，na0.53的铝硅酸盐玻璃制成，直径为0.5mm，两端面都镀增透膜用于提高透光度。
其中，直角棱镜400由N-BK7制成，其直角长度为0.5mm，在反射面设置有金膜用于提高反射率。
其中，柱面镜500由N-BK7制成，柱面镜500为平凸透镜，其厚度为0.1mm，曲率半径为-5.2mm。
其中，透明导管100采用法国阿科玛公司的高透明pebax材料pa5533拉制的软管，用于包裹所有组件。
其中，硅油信越公司出产的高折射率高真空度硅油。
以上部件组成的光学系统的设计参数如上述实施例中的参数表相同。
使用上述设计方案，通过柱面镜500有效校准了由透明导管100造成的分辨率下降，进而使成像分辨率可以达到0.02微米，远超目前市场上的常规探头，具有显著的进步。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转内窥OCT探头，包括用于伸入生物组织内的透明导管(100)以及光纤(200)，所述光纤(200)设置在所述透明导管(100)内，用于传输由光源发射的光线，其特征在于，所述透明导管(100)内还包括有沿光线从光纤(200)入射至生物组织方向依次排列的：
自聚焦透镜(300)，用于会聚光线；
直角棱镜(400)，用于将经过所述自聚焦透镜(300)会聚后的光线反射至垂直于所述透明导管(100)的方向；
柱面镜(500)，用于接收经过所述直角棱镜(400)反射的光线，所述柱面镜(500)靠近所述直角棱镜(400)的一侧为平面，另一侧为凸面，所述柱面镜(500)与所述透明导管(100)之间设置有硅油。
2.根据权利要求1所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜(300)的梯度常数为1.34、中心折射率为1.616、厚度为1.173mm。
3.根据权利要求2所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述直角棱镜(400)与所述自聚焦透镜(300)贴合，所述直角棱镜(400)的厚度为0.5mm。
4.根据权利要求3所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述柱面镜(500)与所述直角棱镜(400)贴合，所述柱面镜(500)的凸面曲率半径为-5.2mm、厚度为0.1mm。
5.根据权利要求4所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述柱面镜(500)与所述透明导管(100)内壁的距离为0.276mm，所述透明导管(100)的内壁的曲率半径为-0.65mm。
6.根据权利要求5所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述透明导管(100)的厚度为0.1mm，所述透明导管(100)的外壁的曲率半径为-0.75mm。
7.根据权利要求1所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜(300)与所述光纤(200)之间设置有连接管(700)，所述自聚焦透镜(300)与所述光纤(200)之间的距离为0.148mm。
8.根据权利要求7所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述透明导管(100)内还设置有弹簧(600)，所述连接管(700)设置在所述弹簧(600)上。
9.根据权利要求1所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜(300)的折射率n满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，r表示所述自聚焦透镜(300)不同位置的半径。
10.根据权利要求1所述的一种旋转内窥OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜(300)的两侧面均设置有增透膜，所述直角棱镜(400)的反射面设置有金膜。
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