CN115316949A - Oct成像导管及oct成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种OCT成像导管及OCT成像系统。本发明的OCT成像导管包括外部保护组件和收容在外部保护组件内部的成像组件；外部保护组件包括：保护管、设置在保护管一端的连接器、套设在保护管另一端的透光球囊以及用于为透光球囊充压的充压管；成像组件包括：传光单元和磁控成像单元，传光单元和磁控成像单元收容在保护管内，且传光单元和磁控成像单元组合的位置与透光球囊所在位置对应，磁控成像单元可在外部磁场的驱动作用下在透光球囊内轴向转动，完成血管的管内成像。本发明的OCT成像导管通过设置磁控成像单元，使得磁控成像单元可在外部磁场的作用下转动，方便实现蜿蜒、复杂、曲折的血管环境的管内成像，同时可有效避免成像伪影的出现。

Description

OCT成像导管及OCT成像系统
技术领域
本发明涉及一种OCT成像导管及OCT成像系统，属于医疗器械技术领域。
背景技术
血管内介入成像是指通过股动脉或其他血管穿刺，借助数字减影血管造影技术(DSA)，在X射线透视下，通过穿刺设备并利用特殊导管到达病变血管内部，并进行成像的方法，目前血管内介入成像主要有OCT和IVUS两种。血管内光学相干断层成像(OCT)由于可以血管进行无创、横截面的高分辨率成像(轴向分辨率约10μm)，因而广泛地应用于冠状动脉系统，用以识别易损斑块、评估支架和血管的相互作用和识别边缘夹层。
目前最新的血管内扫频OCT系统主要分为以下几个主要部分：成像主机部分(含光源、干涉仪、平衡探测器等光学部分)、旋转回撤控制器、一次性使用血管内OCT成像导管。其中OCT成像导管是整个OCT成像系统中重要的组成部分，也称OCT探针，它承担着光束从系统到组织的传输和吸收，导管的远端光学探头既聚焦光束，也将其垂直重定向到探针的长轴并传递到成像组织上，主要影响系统的横向分辨率。目前现有的OCT导管主要包括用于光束传输的单模光纤、用于聚焦和偏转的微型光学器件以及使光束旋转扫描部件。
成像主机在控制成像导管的成像探头在血管内360°旋转和回撤，完成对血管扫描的同时，成像主机通过光源发射近红外光、干涉仪记录不同厚度血管的反射光、计算机重建反射光信号，形成血管内断层图像。
CN112386230A-一种球囊免冲洗OCT成像导管的中国发明专利申请，虽然提供了使用内管、成像探头、管路和透光球囊制备OCT成像导管的技术方案，但该技术方案仅能实现防止血液流入无需冲洗造影液、阻断血液重新流入血管腔内，减少血液对成像的影响的技术效果。
然而，现有的导管在进行血管内成像，仍然存在以下几点技术问题：
第一个问题是在曲折，细小，结构复杂蜿蜒的血管内成像时，由于目前绝大多数导管采用的近端扫描方式，需要转丝传递旋转扭矩，在这种环境中成像会出现不均匀的旋转扭曲现象，而且缺乏在曲折的环境中成像所需的灵活性，所以现有的导管并不适合在高曲折的情况下进行成像。而目前极小部分选择远端扫描方式的OCT导管，虽然可以通过将驱动反射镜旋转的马达电机放置在导管的远端来避免上述缺点，但是远端扫描的设计成本更加复杂，且导管直径的大小将由微型电机的大小来决定。此外，用于驱动电机的电线会以一定的扫描角度阻挡光，并在OCT图像中引入伪影。因此，目前的导管都未能有效地解决在曲折、蜿蜒的血管环境中成像的技术问题。
第二个问题是目前OCT导管的偏心问题。由于建立血管的入路比较长，导管进入成像位置后，多处于血管的偏心位置甚至紧贴在血管壁上，而当前的OCT图像质量比较高的区域在以导管为中心的距离约1mm-2.5mm的圆环形范围内，在比较远的区域会出现分辨率低、对比度差、信号变弱的情况。而在曲折、结构复杂的血管成像环境中，导管更容易在建立入路后处于比较偏心的位置，造成对侧血管壁图像质量差甚至缺失的情况，严重增加医师操作难度。
以上两个主要技术问题，限制了血管内OCT成像导管在血管结构迂曲复杂、细小蜿蜒或血管较薄，造影剂推注风险较大或病人对造影剂有禁忌症的情况时的成像应用和图像质量。
有鉴于此，确有必要对现有的OCT成像导管提出改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的OCT成像导管及OCT成像导管，该OCT成像导管通过设置磁控成像单元，使得磁控成像单元可在外部磁场的作用下转动，方便实现蜿蜒、复杂、曲折的血管环境的管内成像，同时可有效避免成像伪影的出现。
为实现上述目的，本发明提供了一种OCT成像导管，包括：外部保护组件和收容在所述外部保护组件内部的成像组件；所述外部保护组件包括：保护管、设置在所述保护管一端的连接器、套设在所述保护管另一端的透光球囊以及用于为所述透光球囊充压的充压管，且所述保护管上设有用于为所述透光球囊充压的出气口；所述成像组件包括：传光单元和磁控成像单元，所述传光单元和所述磁控成像单元收容在所述保护管内，且所述传光单元和所述磁控成像单元组合的位置与所述透光球囊所在位置对应，所述磁控成像单元可在外部磁场的驱动作用下在所述透光球囊内轴向转动，完成血管的管内成像。
作为本发明的进一步改进，所述传光单元包括用于传输光束的单模光纤和用于光束聚焦的透镜，所述单模光纤贯穿连接器沿保护管伸入所述透光球囊中，并与所述透镜熔接成一整体。
作为本发明的进一步改进，所述磁控成像单元包括光束反射器、用于将所述光束反射器固定在所述透明球囊内的空心轴承管、位于所述空心轴承管两侧的金属配重管以及径向充磁的磁控件。
作为本发明的进一步改进，所述光束反射器包括具有斜反射面的反射构件和用于连接反射构件的延伸构件，所述反射构件靠近所述传光单元，且所述斜反射面朝向所述传光单元设置。
作为本发明的进一步改进，所述磁控件连接在所述延伸构件远离所述反射构件的一端，且所述空心轴承管和所述金属配重管套设在所述延伸构件上并位于所述反射构件和所述磁控件之间。
作为本发明的进一步改进，所述光束反射器为熔接有半球形透镜的无芯光纤，所述半球形透镜的端面镀有金属反射膜，且所述半球形透镜的端面朝向所述传光单元设置。
作为本发明的进一步改进，所述空心轴承管的外周壁粘覆在所述保护管内；所述金属配重管分设在所述空心轴承管的两侧，且所述金属配重管的直径小于所述空心轴承管的直径。
作为本发明的进一步改进，所述外部保护组件还包括设置在所述保护管内的密封圈，所述密封圈位于所述连接器和所述充压管之间；且所述密封圈套设在所述传光单元外侧。
作为本发明的进一步改进，所述保护管的外表面涂覆有亲水涂层。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种OCT成像系统，包括成像主机、OCT成像导管以及处理模块；所述OCT成像导管为前述OCT成像导管，所述成像主机用于提供驱动所述OCT成像导管中的磁控成像单元轴向转动的环形磁场，所述处理模块用于生成控制信息、校准所述OCT成像导管和处理扫描数据。
本发明的有益效果是：
1、本发明的OCT成像导管通过设置透光球囊以及设置在透光球囊内的磁控成像单元，使得磁控成像单元可在外部磁场的作用下转动来进行光线扫描，与目前普遍使用的近端扫描方式相比，不需要近端旋转控制器和转丝组件；有效地避免了在曲折、蜿蜒、复杂的环境中，因为长距离传递扭矩而出现的不均匀的旋转扭曲现象；
2、通过将磁控成像单元中的磁控件设置在OCT成像导管的远端，避免了微型电机的使用，极大地降低导管尺寸，以适应更小更细的血管成像环境；且由于导管内部没有用于驱动微型电机的电线，避免了电线伪影的产生，有效提高了OCT成像系统的成像质量；同时，与造价昂贵的微型电机相比，本发明的OCT成像导管更加经济，极大地降低了成本；
3、通过对成像组件中的传光单元和磁控成像单元的结构和配合形式进行改进，有效简化了OCT成像导管内部的光学传递结构；同时，提升了光传递的稳定性以及OCT成像导管的灵活性和可通过性。
附图说明
图1是本发明OCT成像系统的结构框图。
图2是图1中OCT成像导管的结构示意图。
图3是图2中OCT成像导管的局部放大图。
图4是图3中成像组件位置处的结构示意图。
图5是图1中成像主机一较佳实施例的结构示意图。
图6是图5中成像主机的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1～图4所示，为本发明的OCT成像系统100。OCT成像系统100包括OCT成像导管1、成像主机2以及处理模块3，其中，OCT成像导管1用于伸入血管内部进行光束的旋转扫描，成像主机2用于配合OCT成像导管1完成血管内部扫描数据的采集；处理模块3则用于生成控制信息、校准OCT成像导管1和处理扫描数据。
OCT成像导管1包括外部保护组件11和收容在外部保护组件11内部的成像组件12，具体的，成像组件12可在外部保护组件11的保护下伸入血管内部，方便成像组件12完成血管内壁的探测、成像。
在本发明中，外部保护组件11包括：保护管111、设置在保护管111一端的连接器112、套设在保护管111另一端的透光球囊113以及用于为透光球囊113充压的充压管114；具体的，保护管111远离连接器112的一端呈封闭设置，以防止血液进入保护管111内；在本发明中，保护管111的外表面涂覆有亲水涂层，以方便保护管111伸入血管内，并使得保护管111具有良好的生物兼容性。
连接器112用于连接成像主机2和成像组件12，用于控制成像组件12旋转和移动。透光球囊113套设在保护管111远离连接器112的一端，透光球囊113的两端与保护管111的外壁密封连接。保护管111位于透光球囊113内的侧壁上形成有出气口115，以使得保护管111与透光球囊113通过出气口115连通，优选的，透光球囊113为圆筒型球囊。
进一步的，充压管114设置在保护管111远离透光球囊113的一端，以用于连接外接压力泵(未图示)，方便外接压力泵通过充压管114沿保护管111经出气口115为透光球囊113冲压/放压；以方便透光球囊113带动成像组件12伸入/撤出血管；在本发明中，外部保护组件11还包括设置在保护管111内的密封圈116，密封圈116位于连接器112和充压管114之间；且密封圈116套设在成像组件12的外侧，以防止充入透光球囊113内的空气沿保护管溢出；在本发明的一较佳实施例中，充压管114的端部设置有单向气阀，以进一步防止冲压外泄。
成像组件12包括传光单元121和磁控成像单元122，传光单元121和磁控成像单元122收容在保护管111内，且传光单元121和磁控成像单元122组合的位置与透光球囊113所在位置对应，以方便成像组件12透过保护管111和透光球囊113实现扫描成像。
传光单元121用于实现光束的传递和光束的聚焦，具体的，传光单元121包括用于传输光束的单模光纤1211和用于光束聚焦的透镜1212，单模光纤贯穿连接器112沿保护管111伸入透光球囊113中，并与透镜122熔接成一整体，进一步的，密封圈116套设在单模光纤1211的外侧，并卡持在单模光纤1211的外周壁和保护管111的内壁。在本发明的一较佳实施例中，透镜1212为球透镜，当然在本发明的其它实施例中，透镜1212还可以为梯度折射率透镜(GRIN透镜)。
磁控成像单元122包括光束反射器1221、用于将光束反射器1221固定在透明球囊113内的空心轴承管1222、位于空心轴承管1222两侧的金属配重管1223以及径向充磁的磁控件1224。
在本发明中，光束反射器1221包括具有斜反射面的反射构件1225和用于连接反射构件1225的延伸构件1226，反射构件1225靠近传光单元111，且斜反射面朝向透镜1212设置；进一步的，磁控件1224连接在延伸构件1226远离反射构件1225的一端，且空心轴承管1222和金属配重管1223套设在延伸构件1226上并位于反射构件1225和磁控件1224之间。
在本发明的一较佳实施例中，光束反射器1221为熔接有半球形透镜的无芯光纤，且半球形透镜的端面镀有金属反射膜以起到反射面的作用，同样的，镀有金属反射膜的半球形透镜的端面朝向透镜1212设置。
空心轴承管1222的外周壁粘覆在保护管111内，延伸构件1226穿过空心轴承管1222延伸的中线，以使得连接在延伸构件1226上的反射构件1225定位在保护管111与透光球囊113对应的位置，且光束反射器1221可在空心轴承管1222内以延伸构件1226的延伸方向为轴转动。进一步的，金属配重管1223同时设置有两个并分设在空心轴承管1222的两侧，且金属配重管1223的直径小于空心轴承管1222的直径，如此设置，可有效防止金属配重管1223随光束反射器1221转动时与保护管111的内壁发生干涉，影响光束反射器1221的转动成像，进一步的，金属配重管1223粘结在延伸构件1226的外周壁上，以进一步固定空心轴承管1222、金属配重管1223以及延伸构件1226之间的相对位置，起到平衡配重和增加刚性的作用。
在本发明的一较佳实施例中，空心轴承管1222为采用低摩擦系数的塑料材质制成的塑料空心轴承管，金属配重管1223为采用不锈钢材质制成的不锈钢金属配重管；当然在本发明的其他实施例中，空心轴承管1222和金属配重管1223还可以为采用具有相似材料的同结构部件替代。
磁控件1224收容在在保护管111内，并连接在延伸构件1226远离反射构件1225的一端，具体的，磁控件1224的直径/宽度小于保护管111的直径，以使的磁控件1224可在保护管111内转动，继而带动定位在空心轴承管1222内的光束反射器1221轴向转动。在本发明的一较佳实施例中，磁控件1224为径向充磁的永磁体，当然在本发明的其他实施例中，磁控件1224还可为其它结构的磁性件，只需保证连接有磁控件1224的光束反射器1221可被磁场驱动，并在透光球囊113内轴向转动即可。
成像主机2用于提供驱动OCT成像导管1中的磁控成像单元122轴向转动的环形磁场。在本发明一较佳实施例中，如图5、6所示，环形磁场由相对设置的两组线圈绕组21(连接至相位差为90度的正弦交流电中)作为定子绕组形成；且用于连接两组线圈绕组21的交流源信号分别为CHA和CHB；其中：
CHA＝sint；
Figure BDA0003798373540000081
CHA2+CHB2＝1
所以，可以产生稳定旋转的叠加磁场，且叠加磁场场强为恒定值。如此可有效减少本发明OCT成像系统100的制备和使用成本；且在本实施例中，定子绕组本身不需要转动，同样可以使磁控成像单元122跟随环形磁场旋转。
在本发明的另一较佳实施例中，环形磁场由三个线圈绕组21(相位差为120度的正弦交流电)作为定子绕组形成。优选的，线圈绕组21均由锥形的硅钢铁芯22和缠绕在硅钢铁芯22外周的磁通线圈23构成。
如此设置，可通过调节交流电信号的幅值来控制磁场强度，使得本发明提供的环形磁场的强度可调；继而使得环形磁场可在一个较远的距离对成像组件12中的磁控成像单元122进行驱动。
进一步的，通过调节交流电信号的频率来控制磁控成像单元122的旋转速度，以实现对每秒产生的图像数(即帧数，磁控成像单元122旋转一圈产生一帧图像)的控制，实现图像的高频采集；同时，通过正弦交流电信号控制产生旋转磁场，使得磁控成像单元122的旋转频率稳定，保证了磁控成像单元122成像的均匀性。
处理模块23用于生成控制信息、校准OCT成像导管1和处理扫描数据。关于处理模块23对处理扫描数据进行处理并获取血管的内部图像的工作原理可参考现有技术，此处不再赘述。
在使用本发明的OCT成像系统100时，首先将未经冲压处理的OCT成像导管1，即，透光球囊113处于收缩状态的OCT成像导管1伸入血管中，此时，由于OCT成像导管1的直径较小，可方便OCT成像导管1移动至感兴趣区域；然后，开启连接在充压管114上的外接压力泵，对透光球囊113进行充压，直至透光球囊113充抵在血管内，以防止血液重新流入透光球囊113和血管壁之间，避免了造影液的使用和冲洗，避免了因冲洗造影液不完全导致的成像模糊问题；同时，使得本发明的OCT成像导管1也可单独适用于造影液禁忌病人。
进一步的，成像主机2提供环形磁场，环形磁场作用在磁控成像单元122的磁控件1224上，以驱动光束反射器1221轴向转动，将传光单元121传递的聚焦光进行旋转扫描，继而实现扫描数据的采集，以进一步通过处理模块23实现对扫描数据。
综上所述，本发明的OCT成像导管1通过设置透光球囊113以及设置在透光球囊113内的磁控成像单元12，使得磁控成像单元122可在外部磁场的作用下转动来进行光线扫描，与目前普遍使用的近端扫描方式相比，不需要近端旋转控制器和转丝组件；有效地避免了在曲折、蜿蜒、复杂的环境中，因为长距离传递扭矩而出现的不均匀的旋转扭曲现象。进一步的，通过将磁控成像单元122中的磁控件1224设置在OCT成像导管1的远端，避免了微型电机的使用，极大地降低导管尺寸，以适应更小更细的血管成像环境；且由于导管内部没有用于驱动微型电机的电线，避免了电线伪影的产生，有效提高了OCT成像系统100的成像质量；同时，与造价昂贵的微型电机相比，本发明的OCT成像导管1更加经济，极大地降低了成本；同时，通过对成像组件12中的传光单元121和磁控成像单元122的结构和配合形式进行改进，有效简化了OCT成像导管1内部的光学传递结构；提升了光传递的稳定性以及OCT成像导管1的灵活性和可通过性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种OCT成像导管，其特征在于，包括：外部保护组件和收容在所述外部保护组件内部的成像组件；
所述外部保护组件包括：保护管、设置在所述保护管一端的连接器、套设在所述保护管另一端的透光球囊以及用于为所述透光球囊充压的充压管，且所述保护管上设有用于为所述透光球囊充压的出气口；
所述成像组件包括：传光单元和磁控成像单元，所述传光单元和所述磁控成像单元收容在所述保护管内，且所述传光单元和所述磁控成像单元组合的位置与所述透光球囊所在位置对应，所述磁控成像单元可在外部磁场的驱动作用下在所述透光球囊内轴向转动，完成血管的管内成像。
2.根据权利要求1所述的OCT成像导管，其特征在于：所述传光单元包括用于传输光束的单模光纤和用于光束聚焦的透镜，所述单模光纤贯穿连接器沿保护管伸入所述透光球囊中，并与所述透镜熔接成一整体。
3.根据权利要求1所述的OCT成像导管，其特征在于：所述磁控成像单元包括光束反射器、用于将所述光束反射器固定在所述透明球囊内的空心轴承管、位于所述空心轴承管两侧的金属配重管以及径向充磁的磁控件。
4.根据权利要求3所述的OCT成像导管，其特征在于：所述光束反射器包括具有斜反射面的反射构件和用于连接反射构件的延伸构件，所述反射构件靠近所述传光单元，且所述斜反射面朝向所述传光单元设置。
5.根据权利要求4所述的OCT成像导管，其特征在于：所述磁控件连接在所述延伸构件远离所述反射构件的一端，且所述空心轴承管和所述金属配重管套设在所述延伸构件上并位于所述反射构件和所述磁控件之间。
6.根据权利要求4所述的OCT成像导管，其特征在于：所述光束反射器为熔接有半球形透镜的无芯光纤，所述半球形透镜的端面镀有金属反射膜，且所述半球形透镜的端面朝向所述传光单元设置。
7.根据权利要求4所述的OCT成像导管，其特征在于：所述空心轴承管的外周壁粘覆在所述保护管内；所述金属配重管分设在所述空心轴承管的两侧，且所述金属配重管的直径小于所述空心轴承管的直径。
8.根据权利要求1所述的OCT成像导管，其特征在于：所述外部保护组件还包括设置在所述保护管内的密封圈，所述密封圈位于所述连接器和所述充压管之间；且所述密封圈套设在所述传光单元外侧。
9.根据权利要求1所述的OCT成像导管，其特征在于：所述保护管的外表面涂覆有亲水涂层。
10.一种OCT成像系统，其特征在于，包括成像主机、OCT成像导管以及处理模块；所述OCT成像导管为权利要求1～9中任一项所述OCT成像导管，所述成像主机用于提供驱动所述OCT成像导管中的磁控成像单元轴向转动的环形磁场，所述处理模块用于生成控制信息、校准所述OCT成像导管和处理扫描数据。
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