CN212394892U - 光学相干断层成像内窥探头及成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学相干断层成像内窥探头及成像系统。一种光学相干断层成像内窥探头包括保护套管、光纤、梯度折射率镜组及分光镜。保护套管的一端为封闭端，该封闭端的内侧端面为反射面。梯度折射率镜组收容于保护套管内。分光镜设于梯度折射率镜组远离光纤的一端，分光镜用于将探测光分为第一探测光及第二探测光，第一探测光经分光镜从保护套管的一侧反射出，第二探测光透射至反射面，经反射面反射。上光学相干断层成像内窥探头及成像系统可以提高成像质量。

Description

光学相干断层成像内窥探头及成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种内窥镜部件，特别是一种光学相干断层成像内窥探头及成像系统。

背景技术

内窥镜是一种可插入人体体腔或者脏器内脏进行直接观察、诊断治疗的医用检测仪器。

光学相干断层成像技术(Optical coherence tomography,OCT)是一种非侵入、高分辨率可在体测量的生物医学成像技术，可以实现对生物组织1～2毫米深度结构的三维成像。OCT是一种光学成像技术，相比磁共振、超声成像等成像技术具有更高的图像分辨率。分辨率可以达到亚微米到十几微米。但是受限于光在生物组织中的穿透深度，OCT的成像深度低于超声等成像技术，仅为毫米量级。

为了克服OCT成像深度浅的问题，研究人员将OCT与内窥成像结合，形成了内窥OCT。内窥OCT借助内窥探头将探测光深入被测组织内部，从而实现对人体血管、胃肠、气管等管腔的探测，在辅助医生进行血管支架、易损斑块检测及癌症早期诊断等方面发挥了重要作用。

在常规OCT系统中，OCT探头高速旋转时，光纤的扭曲会导致样品光偏振态的实时变化，而参考光的偏振态不变，导致干涉信号的强度随偏振差异而变化，从而影响成像质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高成像质量的光学相干断层成像内窥探头及成像系统。

一种光学相干断层成像内窥探头，包括：

保护套管，其一端为封闭端，该封闭端的内侧端面为反射面；

光纤，用于入射探测光，收容于所述保护套管内；

梯度折射率镜组，收容于所述保护套管内，所述梯度折射率镜组设于所述光纤的一端，用于接收汇聚所述探测光；及

分光镜，设于所述梯度折射率镜组远离所述光纤的一端，所述分光镜用于将所述探测光分为第一探测光及第二探测光，所述第一探测光经所述分光镜从所述保护套管的一侧反射出，所述第二探测光透射至所述反射面，经所述反射面反射。

在其中一实施方式中，所述反射面设有高反射膜层。

在其中一实施方式中，所述分光镜为分光棱镜。

在其中一实施方式中，所述分光棱镜包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，所述第一侧面与所述梯度折射率镜组正对设置，光线从所述第一侧面入射进入所述分光棱镜，光线于所述第二侧面反射，从所述第三侧面射出所述分光棱镜，经所述保护套管的侧壁射出。

在其中一实施方式中，所述保护套管的侧壁设有透射部，所述透射部为平面。

在其中一实施方式中，所述第三侧面与所述保护套管的透射部平行。

在其中一实施方式中，所述第三侧面与所述保护套管的透射部之间通过光学胶层粘接连接。

在其中一实施方式中，反射面的内侧轴心与分光棱镜的第二侧面的中心点光程，等于第一探测光的焦点与分光棱镜的第二侧面的中心点的光程。

一种光学相干断层成像系统，包括环形器、耦合器、平衡探测器、主机及光学相干断层成像内窥探头，光线经所述环形器、耦合器进入所述光学相干断层成像内窥探头，经所述光学相干断层成像内窥探头反射，经过所述平衡探测器传播至主机。

在其中一实施方式中，所述探测光经所述环形器、所述耦合器照射到所述光学相干断层成像内窥镜探头中，从所述光学相干断层成像内窥镜探头返回的干涉信号经所述耦合器分成两路，一路至所述平衡探测器，另一路经所述环形器到所述平衡探测器，所述平衡探测器采集到的信号传入所述主机。

上述光学相干断层成像系统中，由于光学相干断层成像内窥探头的参考臂光路与样品臂光路均位于保护套管内。当内窥探头高速旋转时，参考臂光路与样品臂光路的偏振态均实时变化，偏正态不会发生差异。因此，干涉信号的强度不会发生变化，保证成像系统的成像质量。并且，参考臂与样品臂的不会引起色散失配，提高上述光学相干断层成像系统的纵向分辨率下降，提高成像质量。

并且，在上述光学相干断层成像内窥探头中，样品臂与参考臂均经过光纤，光纤的长短差异不会导致样品光与参考光的光程差，因此，在上述内窥探头中，样品臂与参考臂不会由于不同光纤产生差异，因此，在每次更换探头时候，操作人员无需对样品臂光程大小进行调试，操作方便，便于操作。

附图说明

图1为本实施方式的光学相干断层成像系统的结构示意图；

图2为根据图1所示的光学相干断层成像内窥探头的结构示意图。

附图标记说明如下：10、光学相干断层成像系统；11、环形器；12、耦合器；13、平衡探测器；14、主机；100、光学相干断层成像内窥探头；110、保护套管；111、封闭端；112、透射部；113、反射面；120、光纤；130、梯度折射率镜组；140、分光镜；141、第一侧面；142、第二侧面；143、第三侧面；20、被测组织；L、探测光；L1、第一探测光；L2、第二探测光。

具体实施方式

尽管本实用新型可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本实用新型原理的示范性说明，而并非旨在将本实用新型限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本实用新型的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

以下结合本说明书的附图，对本实用新型的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

请参阅图1，本申请提供一种光学相干断层成像系统。本实施方式的光学相干断层成像系统10包括环形器11、耦合器12、平衡探测器13、主机14及光学相干断层成像内窥探头100。探测光线经环形器11、耦合器12进入光学相干断层成像内窥探头100，经光学相干断层成像内窥探头100反射，经过平衡探测器13传播至主机14。经主机14处理，最终显示探测光线所产生的探测图像。

在上述光学相干断层成像系统10中，光源15发出的探测光线经环形器11和耦合器12照射到光学相干断层成像内窥探头100中，从光学相干断层成像内窥探头100返回的干涉信号经耦合器12分为两路，一路到平衡探测器13，另一路经环形器11到平衡探测器13，平衡探测器13采集到的信号传入主机中14，经OCT数据处理，得到被测组织20的断层结构图像。

探测光发出的探测光线经环形器11、耦合器12分为参考臂光路和样品臂光路，各自的返回光再经耦合器12汇合后形成干涉信号并被平衡探测器13接收。在上述光学相干断层成像系统10中，可以消除参考臂与样品臂分路时引入的偏振差异、色散失配，可以提高成像质量。并且上述光学相干断层成像系统10可以避免参考臂需要调节的问题，便于医生操作。

请同时参见图1及图2，一种光学相干断层成像内窥探头100包括保护套管110、光纤120、梯度折射率镜组130及分光镜140。光纤120、梯度折射率镜组130及分光镜140均设于保护套管110内。

保护套管110可以用于提供一柱状收容空间，用于收容光纤120、梯度折射率镜组130及分光镜140。保护套管110可以为圆柱状或其他形状。并且保护套管110可以为玻璃管或橡胶管等。

保护套管110的一端为封闭端111。该封闭端111为保护套管110的前端。该保护套管110前端封闭可以保护内窥探头100，防止液体进入内窥探头100，同时也可以防止探头脱落部件进入人体体腔。

光纤120用于输入光线。具体在本实施方式的光学相干断层成像内窥探头中，光纤120用于输入探测光。光纤120收容于保护套管110内。并且，光纤120为单模光纤120。

梯度折射率镜组130是使用具有梯度折射率的介质设计和制造的光学成像元件。梯度折射率镜组130设于光纤120的一端，用于接收从光纤120射出的探测光。梯度折射率镜组130用于将探测光L会聚。梯度折射率镜组130的光轴与光线的光轴重合，探测光经梯度折射率镜组130会聚。

分光镜140设于梯度折射率镜组130远离光纤120的一端。分光镜140用于将探测光L分光成两部分，即第一探测光L1及第二探测光L2。大部分探测光被分光镜140反射，成为第一探测光L1，另一部分探测光透射分光镜140，成为第二探测光L2。

保护套管110设有透射部112。透射部112用于透射光线。当保护套管110为透明管的时候，则保护套管110的各个位置均可以透射光线。可以理解，在其他实施方式中，保护套管110也可以为非透明管。当保护套管110为非透明管的时候，透射部112为保护套管110侧壁上的一个局部区域。透射部112为透明区域，可以透射第一探测光L1。第一探测光L1从透射部112透射出保护套管110。第一探测光L1被反射出保护套管110，照射于被测组织20上，第一探测光L1被测组织20散射并返回光纤120内，形成样品光。

具体在本实施方式中，保护套管110的透射部112为方形区域。并且，透射部112还可以为其他形状。该透射部112的形状及面积大小可以根据透射光斑的形状和大小设计，以满足全部光线的透射需要为准。

透射部112为平面形状。第一探测光L1经过平面形的透射部112出射，避免第一探测光L1出射后发生象散现象。保护套管110于透射部112的两侧设于台阶部。台阶部连接透射部112与保护套管110的柱面。

保护套管110的封闭端111的内侧端面为反射面113。具体地，该反射面113为高反射面。反射面113用于反射参考光。

第二探测光L2透射分光镜140，传播至保护套管110的封闭端111，被反射面113反射回光纤120，作为参考光。经被测组织20散射返回的样品光与参考光相互耦合成干涉信号，干涉信号被平衡探测器接收，传输到主机中进行处理。

分光镜140与保护套管110的透射部相对设置，以使第一探测光L1经透射部射出。具体在本实施方式中，分光镜140为分光棱镜。

分光棱镜起光路偏转和分光的作用。一方面分光棱镜使光束方向从沿保护套管110的光轴方向转向接近垂直于光轴方向，实现对侧面被测组织20的照射。另一方面，分光棱镜的第二侧边142不镀膜或者镀部分反射膜，实现透射第二探测光L2，实现第一探测光L1及第二探测光L2的分光。因此，上述内窥探头中，分光棱镜可以即起到光路偏折和分光的作用，无需额外增加器件，上述内窥探头100的结构简单紧凑，减小体积。

分光棱镜包括第一侧面141、第二侧面142及第三侧面143。第一侧面141与光纤120正对设置。第一侧面141可以通过光学胶层与梯度折射率镜组130连接。光学胶层可以尽量减小探测光在梯度折射率镜组130与分光镜140之间发生散射。可以理解，光学胶层可以为UV胶层。

探测光L从第一侧面141入射进入分光棱镜。第一探测光L1于第二侧面142反射至第三侧面143，经第三侧面143射出。第三侧面143与透射部112正对设置。分光棱镜与透射部112之间通过光学胶层粘接连接。可以理解，光学胶层可以为光学紫外胶层。

并且，反射面113的内侧轴心与分光棱镜的第二侧面142的中心点光程，等于第一探测光L1的焦点与分光棱镜的第二侧面142的中心点的光程。或者，反射面113的内侧轴心与分光棱镜的第二侧面142的中心点光程略小于第一探测光L1的焦点与分光棱镜的第二侧面142的中心点的光程。即样品光光程大小与参考光光程大小相同。样品臂的长度与参考臂的长度相匹配。根据上述光程大小关系，可以确保成像信噪比最高的零光程差位置在样品光焦点附近，提高成像质量。

由于保护套管110的透射部112与分光棱镜，这两种介质折射率差别较小，借助光学胶层将这两个界面粘贴在一起，可以减小探测光于界面处的反射噪声，提高成像质量。

具体在本实施方式中，保护套管110的透射部112为平面，则探测光经过透射部112透射，不会在保护套管110的径向上发散，则可以避免探测光在透射部112发散，则保证探测光的光斑保持原来形状。当探测光的光斑为圆形的时候，则出射的探测光的光斑仍为圆形。并且，透射部112的表面还可以设有高透射膜层。高透射膜层可以用来增加探测光的透射率，提高成像质量。

并且，分光棱镜的第三侧面143与透射部112所在平面平行。第一探测光L1不会发生发散现象，第一探测光L1的光斑大小及形状不会发生改变，保证第一探测光L1线的准确性，提高成像质量。

综上所述，上述光学相干断层成像系统相对于传统的光学相干断层成像系统至少具有以下优点：

首先，上述光学相干断层成像系统10中，由于光学相干断层成像内窥探头100的参考臂光路与样品臂光路均位于内窥探头内。当内窥探头高速旋转时，参考臂光路与样品臂光路的偏振态均实时变化，偏正态不会发生差异。因此，干涉信号的强度不会发生变化，保证成像系统的成像质量。并且，参考臂与样品臂的不会引起色散失配，提高上述光学相干断层成像系统的纵向分辨率下降，提高成像质量。

并且，在上述光学相干断层成像内窥探头100中，样品臂与参考臂均经过光纤120，光纤120的长短差异不会导致样品臂与参考臂的光程差，因此，在上述内窥探头中，样品臂与参考臂不会由于不同光纤120产生差异，因此，在每次更换探头时候，操作人员无需对样品臂光程大小进行调试，操作方便，便于操作。

并且，在上述内窥探头中，分光棱镜可以即起到光路偏折和分光的作用，无需额外增加器件，上述内窥探头的结构简单紧凑，减小体积。并且，第一探测光L1经过平面形的透射部112出射，避免第一探测光L1出射后发生象散现象。保证第一探测光L1线的准确性，提高成像质量。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，包括：

保护套管，其一端为封闭端，该封闭端的内侧端面为反射面；

光纤，用于入射探测光，收容于所述保护套管内；

梯度折射率镜组，收容于所述保护套管内，所述梯度折射率镜组设于所述光纤的一端，用于接收汇聚所述探测光；及

分光镜，设于所述梯度折射率镜组远离所述光纤的一端，所述分光镜用于将所述探测光分为第一探测光及第二探测光，所述第一探测光经所述分光镜从所述保护套管的一侧反射出，所述第二探测光透射至所述反射面，经所述反射面反射。

2.根据权利要求1所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述反射面设有高反射膜层。

3.根据权利要求1所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述分光镜为分光棱镜。

4.根据权利要求3所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述分光棱镜包括第一侧面、第二侧面及第三侧面，所述第一侧面与所述梯度折射率镜组正对设置，光线从所述第一侧面入射进入所述分光棱镜，光线于所述第二侧面反射，从所述第三侧面射出所述分光棱镜，经所述保护套管的侧壁射出。

5.根据权利要求4所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述保护套管的侧壁设有透射部，所述透射部为平面。

6.根据权利要求5所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述第三侧面与所述保护套管的透射部平行。

7.根据权利要求5所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，所述第三侧面与所述保护套管的透射部之间通过光学胶层粘接连接。

8.根据权利要求1所述的光学相干断层成像内窥探头，其特征在于，反射面的内侧轴心与分光棱镜的第二侧面的中心点光程，等于第一探测光的焦点与分光棱镜的第二侧面的中心点的光程。

9.一种光学相干断层成像系统，其特征在于，包括环形器、耦合器、平衡探测器、主机及权利要求1-8任一所述的光学相干断层成像内窥探头，光线经所述环形器、耦合器进入所述光学相干断层成像内窥探头，经所述光学相干断层成像内窥探头反射，经过所述平衡探测器传播至主机。

10.根据权利要求9所述的光学相干断层成像系统，其特征在于，所述探测光经所述环形器、所述耦合器照射到所述光学相干断层成像内窥镜探头中，从所述光学相干断层成像内窥镜探头返回的干涉信号经所述耦合器分成两路，一路至所述平衡探测器，另一路经所述环形器到所述平衡探测器，所述平衡探测器采集到的信号传入所述主机。

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