CN204889943U - 基于拉锥结构的全光纤内窥oct探针 - Google Patents
基于拉锥结构的全光纤内窥oct探针 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括由多段光纤熔接而成的光学组件、传动组件以及保护套。所述光学组件有两种结构：一种由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤构成；另一种由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成。拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥而成，光学组件各段光纤熔接处模场直径一致。本实用新型的内窥OCT探针无需光学聚焦透镜，结构紧凑、传输效率高、焦深范围大，非常适合心脑血管的高质量OCT成像。
Description
技术领域
本实用新型属于内窥光学相干层析成像领域，具体涉及一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针。
技术背景
光学相干层析成像（Opticalcoherencetomography，简称OCT）是一种有力的生物医学诊断方法，相比于其他常用的医学影像学方法，如超声成像，OCT具有更高的灵敏度与分辨率，可以对眼睛、皮肤等体外组织与器官进行非侵入式高分辨率实时在体成像。然而，OCT在生物组织中的成像深度十分有限，通常为2-3mm，这制约了其在更广泛的生物医学领域的应用。小型化和紧凑化的内窥探针可以在低侵入的条件下深入人体内部组织，为OCT进行人体内部组织的高分辨率实时在体成像提供了可能。目前，将内窥技术与OCT技术相结合的内窥光学相干层析成像（Endoscopicopticalcoherencetomography，简称E-OCT）已经成为一种趋势，在胃肠科，心脏科，妇科以及泌尿科等众多生物医学领域得到了广泛应用。而如何设计与制作更加小型化和紧凑化的高性能内窥OCT探针是E-OCT的关键问题。光纤-透镜型内窥OCT探针一直是内窥OCT探针设计的主流方案，其主要由单模光纤，玻璃隔片以及微型聚焦光学元件（如格林透镜与球透镜）组成。这种设计受到微型聚焦光学元件尺寸的天然制约，直径很难达到1mm以下；探针横向分辨率由透镜的数值孔径决定，在数值孔径不变的条件下，探针尺寸的减小意味着其工作距（定义为探针出光端面到探针聚焦点的距离）也会随之减小；硬端长度长，一般在几十到几百毫米之间，并不适用于诸如心血管疾病的诊断与监测等形态弯曲复杂，要求探针直径小于1mm的生物医学领域。为解决这一问题，2011年，澳大利亚西澳大学的DirkLorenser等人提出由单模光纤、无芯光纤以及渐变折射率光纤组成的全光纤内窥OCT探针设计方案并此基础上加入了本质上是一段渐变折射率光纤的相位掩模板，以牺牲一定的信噪比为代价拓展该探针的焦深。这一技术方案在一定程度上解决了内窥OCT探针的小型化问题，但设计与制作均较为繁琐且需要借助额外的光学元件以获得足够的有效成像范围。
2013年，美国加州大学的陈忠平等人提出一种设计与制作更为简易的，直径更小的（仅为125μm）由单模光纤、中等纤芯多模光纤以及大纤芯多模光纤组成的全光纤内窥OCT探针设计方案；2015年，韩国国民大学的SucbeiMoon等人进一步优化了该方案，利用多段纤芯阶梯式增加的多模光纤替代中等纤芯多模光纤，能够在800μm的成像范围内实现优于30μm的横向分辨率并通过化学蚀刻法减小探针直径至85μm。然而，该多段阶梯过渡式结构增加了探针的硬端长度，不利于弯曲的血管内成像，同时引入额外的插入损耗，降低了内窥OCT系统的成像灵敏度。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针。
一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括光学组件、传动组件以及保护套，光学组件由多段光纤熔接而成，各段光纤熔接处模场直径相一致；光学组件除传输单模光纤以外固定于保护套内部，光学组件与保护套之间的间隙采用光学胶进行填充；传动组件带动传输单模光纤旋转段旋转，传输单模光纤旋转段与传输单模光纤静止段耦合；所述光学组件的出射光纤端面加工成特定角度的斜面，使得探测光经过该斜面发生全内反射；保护套的管壁开有窗口，探测光经过光学组件之后由该窗口出射；
所述光学组件由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤以及大纤芯多模光纤构成；过渡段拉锥光纤由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与过渡段拉锥光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤熔接处模场直径匹配；其中，过渡段拉锥光纤的最优长度为2.7mm，大纤芯多模光纤的最优长度为7mm；
所述光学组件由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成；两段非对称的拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与拉锥光纤、拉锥光纤与拉锥光纤熔接处模场直径匹配且第二段拉锥光纤出射端的模场直径小于其入射端模场直径，大于传输单模光纤的模场直径；其中，第一段拉锥光纤的最优长度为10mm，第二段拉锥光纤的最优长度为5mm；
所述传动组件包括直流电机，不锈钢传动套管，光纤旋转接头以及齿轮，直流电机通过齿轮与包裹在不锈钢传动套管中的传输单模光纤旋转段相连接并带动其旋转；
所述保护套为不锈钢，硅或者塑料材质。
一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括光学组件、传动组件以及保护套，光学组件由多段光纤熔接而成，各段光纤熔接处模场直径相一致；光学组件除传输单模光纤以外固定于保护套内部，光学组件与保护套之间的间隙采用光学胶进行填充；所述传动组件包括直流电机，微型反射棱镜以及固定圈，直流电机通过固定圈安装在保护套的一端，微型反射棱镜固定在直流电机的转子上，光学组件出射的探测光束被微型反射棱镜反射；保护套的管壁开有窗口，微型反射棱镜反射的光由该窗口出射；
所述光学组件由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤以及大纤芯多模光纤构成；过渡段拉锥光纤由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与过渡段拉锥光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤熔接处模场直径匹配；其中，过渡段拉锥光纤的最优长度为2.7mm，大纤芯多模光纤的最优长度为7mm；
所述光学组件由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成；两段非对称的拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与拉锥光纤、拉锥光纤与拉锥光纤熔接处模场直径匹配且第二段拉锥光纤出射端的模场直径小于其入射端模场直径，大于传输单模光纤的模场直径；其中，第一段拉锥光纤的最优长度为10mm，第二段拉锥光纤的最优长度为5mm；
所述保护套为不锈钢，硅或者塑料材质。
光学组件的直径可以控制在85-250μm的范围内以满足不同的成像要求。
与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：
1、与传统的光纤-透镜型内窥OCT探针相比，本实用新型的全光纤内窥OCT探针能够实现更小的直径，且利用化学蚀刻法能够进一步减小，大大减轻了病人的痛苦，适用于对探针尺寸要求苛刻的生物医学成像领域，如心脑血管疾病的诊断与监测等；同时，一体化的全光纤结构改善了探针的机械性能，从而可以避免近端驱动扫描成像时由摩擦力引起的非均匀旋转失真。
2、与现有的全光纤内窥OCT探针相比，本实用新型的内窥OCT探针利用大纤芯多模光纤本身的低光束发散特性扩大了探针的有效成像范围而无需借助额外的光学聚焦元件；过渡段拉锥光纤避免了多段纤芯阶梯式增大的过渡结构中多段光纤之间由于模场直径不匹配而引入的额外插入损耗，提高了探针的通光效率，且进一步减小了硬端长度，增加了探针的灵活性。
3、基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针设计简易，利用拉锥，切割，熔接以及研磨工艺即可完成制作，成本较低，可实现大批量生产；且探针内部元件之间无任何反射面，能够基本消除光束在探针内部各界面上的反射所造成的鬼像。
附图说明
图1是本实用新型的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针结构示意图；
图2是本实用新型的一种光学组件结构示意图；
图3是本实用新型的另一种光学组件结构示意图；
图4是本实用新型的内窥OCT探针近端驱动侧向环状扫描模式示意图；
图5是本实用新型的内窥OCT探针远端驱动侧向环状扫描模式示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步的详细描述。
如图1所示，本实用新型的内窥OCT探针包括光学组件101，传动组件102，保护套103。光学组件101前端固定于保护套103内部，两者之间的间隙采用光学胶104进行填充。保护套103可以是不锈钢，硅或者塑料材质。
如图2、图3所示，光学组件有两种结构：一种由传输单模光纤201，过渡段拉锥光纤202以及大纤芯多模光纤203构成，传输单模光纤201，过渡段拉锥光纤202，大纤芯多模光纤203依次熔接相连且各段光纤熔接处模场直径匹配，过渡段拉锥光纤202由大纤芯多模光纤203经拉锥处理得到；另一种由传输单模光纤201，第一拉锥光纤204以及第二拉锥光纤205构成，传输单模光纤201，第一拉锥光纤204，第二拉锥光纤205依次熔接相连且各段光纤熔接处模场直径匹配，第一与第二拉锥光纤由相同的大纤芯多模光纤经拉锥处理得到，第二拉锥光纤205末端的模场直径小于其前端的模场直径，大于传输单模光纤201的模场直径。
本实用新型的内窥OCT探针可以分别通过近端驱动和远端驱动实现侧向环状扫描成像。
如图4所示，光学组件的出射光纤203或205端面加工成与水平面成40-50度的斜面，探测光束经过该斜面发生全内反射，从保护套管壁的窗口206出射；传输单模光纤201的旋转部包裹在不锈钢传动套管207中，通过齿轮208与直流电机209相连，传输单模光纤201的静止部通过光纤旋转接头210与其旋转部耦合，传递光信号；直流电机208带动光学组件前端旋转，出射探测光束随之旋转，可实现对样品组织侧壁的环状扫描成像。
如图5所示，直流电机通过固定圈211固定在保护套的一端，光学组件的出射光纤203或205端面与水平面垂直，45度微型反射棱镜212固定在直流电机转子上；探测光束被微型反射棱镜212反射，从保护套管壁窗口206出射；直流电机带动45度微型反射棱镜旋转，出射探测光束随之旋转，也可实现对样品组织侧壁的环状扫描成像。
在传输单模光纤-过渡段拉锥光纤-大纤芯多模光纤的结构中，过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤的最佳理论长度分别是2.7mm与7mm；在传输单模光纤-非对称双拉锥光纤的结构中，第一与第二拉锥光纤的最佳理论长度分别是10mm与5mm，这能够保证在适当的横向分辨率下实现尽可能大的探针焦深。
本实用新型结合OCT系统可以实现人体内部组织的低侵入式高分辨率实时在体成像，大大减轻了病人诊断过程中的痛苦，且为手术引导与术后监测提供了更加精确的辅助手段，在生物医学领域尤其是心脑血管领域具有广阔前景。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括光学组件、传动组件以及保护套，其特征在于：光学组件由多段光纤熔接而成，各段光纤熔接处模场直径相一致；光学组件除传输单模光纤以外固定于保护套内部，光学组件与保护套之间的间隙采用光学胶进行填充；传动组件带动传输单模光纤旋转段旋转，传输单模光纤旋转段与传输单模光纤静止段耦合；所述光学组件的出射光纤端面加工成斜面，使得探测光经过该斜面发生全内反射；保护套的管壁开有窗口，探测光经过光学组件之后由该窗口出射。
2.根据权利要求1所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述光学组件由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤以及大纤芯多模光纤构成；过渡段拉锥光纤由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与过渡段拉锥光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤熔接处模场直径匹配；其中，过渡段拉锥光纤的最优长度为2.7mm，大纤芯多模光纤的最优长度为7mm。
3.根据权利要求1所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述光学组件由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成；两段非对称的拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与拉锥光纤、拉锥光纤与拉锥光纤熔接处模场直径匹配且第二段拉锥光纤出射端的模场直径小于其入射端模场直径，大于传输单模光纤的模场直径；其中，第一段拉锥光纤的最优长度为10mm，第二段拉锥光纤的最优长度为5mm。
4.根据权利要求1所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述传动组件包括直流电机，不锈钢传动套管，光纤旋转接头以及齿轮，直流电机通过齿轮与包裹在不锈钢传动套管中的传输单模光纤旋转段相连接并带动其旋转。
5.根据权利要求1所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述保护套为不锈钢，硅或者塑料材质。
6.根据权利要求1所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：光学组件的出射光纤端面与水平面成的角度40-50度。
7.基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括光学组件、传动组件以及保护套，其特征在于：光学组件由多段光纤熔接而成，各段光纤熔接处模场直径相一致；光学组件除传输单模光纤以外固定于保护套内部，光学组件与保护套之间的间隙采用光学胶进行填充；所述传动组件包括直流电机，微型反射棱镜以及固定圈，直流电机通过固定圈安装在保护套的一端，微型反射棱镜固定在直流电机的转子上，光学组件出射的探测光束被微型反射棱镜反射；保护套的管壁开有窗口，微型反射棱镜反射的光由该窗口出射。
8.根据权利要求7所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述光学组件由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤以及大纤芯多模光纤构成；过渡段拉锥光纤由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与过渡段拉锥光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤熔接处模场直径匹配；其中，过渡段拉锥光纤的最优长度为2.7mm，大纤芯多模光纤的最优长度为7mm。
9.根据权利要求7所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述光学组件由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成；两段非对称的拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥处理后得到，传输单模光纤与拉锥光纤、拉锥光纤与拉锥光纤熔接处模场直径匹配且第二段拉锥光纤出射端的模场直径小于其入射端模场直径，大于传输单模光纤的模场直径；其中，第一段拉锥光纤的最优长度为10mm，第二段拉锥光纤的最优长度为5mm。
10.根据权利要求7所述的基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，其特征在于：所述保护套为不锈钢，硅或者塑料材质。
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| CN105193379A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-30 | 浙江大学 | 一种基于拉锥结构的全光纤内窥oct探针 |
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2015
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| CN105193379A (zh) * | 2015-07-31 | 2015-12-30 | 浙江大学 | 一种基于拉锥结构的全光纤内窥oct探针 |
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