CN216797635U - 一种基于微小型自聚焦透镜的oct探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，涉及医疗器械技术领域，本实用新型的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头,包括套管以及设置于套管内光纤，套管内光纤的出光侧设置有自聚焦透镜，套管远离光纤的一端为工作端，自聚焦透镜与工作端的距离在1.8‑2.05mm之间，自聚焦透镜在工作端的光斑直径在15‑20um之间。本实用新型提供的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，能够提高OCT探头的分辨能力。

Description

一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头。

背景技术

随着科学的发展，在医学和生物学中，先后出现了各种各样的成像仪器，光学成像技术成为了相对比较理想的技术，其中最主要的代表是光学相干层析成像技术(opticalcoherence tomography，OCT)。它的优点在于：利用对人体无损伤的红外光做为光源，利用相干时间门的原理实现层析，具有很高的分辨率(微米级)，可实现非接触、无辐射、高分辨率并实时成像和在体活检。由于具备上述特别的优点，光学相干层析成像技术是近20年来发展最快的一种医学成像技术，主要用于眼科、皮肤、牙科、心血管、呼吸道和胃肠道、早期癌症检测等。

内窥OCT的出现，为将来进行体内组织病变以及癌症诊断提供了强有力的帮助。但是，现有的OCT探头在使用时也有一定的局限性，光学相干层析成像技术的分辨能力较低，有些时候不能满足医学上对OCT探头分辨能力的要求，限制OCT探头的使用场合。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，能够提高OCT探头的分辨能力，并减小装配体积。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，包括套管以及设置于套管内的光纤，光纤将探测光引入成像探头，在套管内光纤的出光侧设置有自聚焦透镜，套管远离光纤的一端为工作端，自聚焦透镜与工作端的距离在1.8-2.05mm之间，自聚焦透镜在工作端的光斑直径在15-20um之间。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜为直径在0.45-0.55mm之间的圆柱型。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的入光端面为斜面。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的入光端面与自聚焦透镜的光轴呈8°夹角。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的中心折射率在1.555-1.585之间，自聚焦透镜的折射率分布常数在0.36-0.45之间。

作为一种可实施的方式，基于微小型自聚焦透镜的OCT探头还包括设置于套管入光端的软管和松套管，套管的入光端依次与软管和松套管固定连接，光纤设置于软管和松套管内。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的入光端面和出光端面分别镀有增透膜。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的长度在3.40-3.60mm之间。

作为一种可实施的方式，自聚焦透镜的径向折射率分布满足：

其中，N(r)为透镜本体上距离透镜中心轴为r处的折射率，N_O为透镜本体中心轴处的折射率，r为透镜本体上距离透镜本体中心轴的长度，A为折射率分布常数。

作为一种可实施的方式，光学相干层析探头还包括设置于套管内侧的固定支架，固定支架将光纤的端部固定于自聚焦透镜的光轴上。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型提供的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头,包括套管以及设置于套管内的光纤，光纤将探测光引入成像探头，在套管内光纤的出光侧设置有自聚焦透镜，套管远离光纤的一端为工作端，工作端与人体的待测部位抵持，以对人体的待测部位进行探测，自聚焦透镜与工作端的距离在1.8-2.05mm之间，自聚焦透镜在工作端的光斑直径在15-20um之间，减小了在1.8-2.05mm工作距离处的光斑直径，使得光纤的能量更集中，提高了OCT探头的分辨能力，并减小装配体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例基于微小型自聚焦透镜的OCT探头的剖视图；

图2为本实用新型实施例中自聚焦透镜的结构示意图。

图标：110-套管；111-工作端；120-自聚焦透镜；121-入光端面；122-出光端面；123-增透膜；130-软管；140-松套管；150-固定支架；160-光纤。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

OCT是新一代的内窥影像学技术，可以检测存在于生物组织表面以下的病变、确定病灶大小,为诊断和治疗提供具有高分辨率的图像依据，而被广泛应用于现代医学中。而现有的OCT探头，分辨力较低，有些时候不能满足医学上对OCT探头分辨力的要求，限制OCT探头的使用场合。

本实用新型提供了一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，如图1所示，包括套管110以及设置于套管110内的光纤160，光纤160将探测光引入成像探头，在套管110内光纤160的出光侧设置有自聚焦透镜120，套管110远离光纤160的一端为工作端111，自聚焦透镜120与工作端111的距离在1.8-2.05mm之间，自聚焦透镜120在工作端111的光斑直径在15-20um之间。

自聚焦透镜120又称梯度渐变折射率透镜，是指其内部的折射率从中心轴到周边沿径向梯度逐渐减小、呈轴对称抛物线分布的柱状光学透镜。它具备准直、聚焦、耦合、成像等功能，本实用新型中自聚焦透镜120应用于OCT探头中，是为了实现探测光的形成较小的光斑，以对组织的表面及内部进行探测。

光在同种均匀介质中沿直线传播，当介质折射率连续变化时，光线就会弯曲。采用主光轴处折射率最高，沿截面径向折射率逐渐减小的径向梯度折射率的自聚焦透镜120，光线在透镜中的传播轨迹就不是直线，而是曲线。而在自聚焦透镜120中，光束沿正弦轨迹传播完成一个正弦波周期的长度即称为一个节距，光在不同节距自聚焦透镜120中的传播轨迹不同。根据自聚焦透镜120的传光原理，对于0.25节距的自聚焦透镜120，当从一端面输入一束平行光时，经过自聚焦透镜120后会汇聚在另一端面上，0.25节距的自聚焦透镜120完成了光线的聚焦。所以，本实用新型的自聚焦透镜120在0.23-0.35节距之间。

需要说明的是，本实用新型的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头是光学相干断层扫描仪的一部分，其中光纤160中的探测光是光学相干断层扫描仪激发并由光纤160传输至OCT探头，且探测光经过自聚焦透镜120聚焦后，照射至人体待测部位并经过人体待测部位的反射和几次散射，其中，反射光和几次散射光中有待测部位的组织信息，反射光和几次散射光会沿着光纤160传回至光学相干断层扫描仪，光学相干扫描仪通过对反射光和几次散射光进行接收并处理，得到待测部位的二维或三维图像。OCT探头是光学相干断层扫描仪的一部分，实现照射待测部位和接收反射光和几次散射光的功能。

还需要说明的是，工作端111可以设置为如图1所示的在出光端面122的正前方，也可以在出光端面122前设置光学元件时光线转折900，使得工作端111位于自聚焦透镜120的侧面，具体的设置方式可以根据实际需要进行调整。

还需要说明的是，套管110的具体材料本实用新型不做具体限定，只要能达到满足医疗要求，能起到保护自聚焦透镜120的作用即可，示例的，可以使用金属制成。

可选的，如图2所示，自聚焦透镜120为直径在0.45-0.55mm之间的圆柱型。

自聚焦透镜120直径在0.45-0.55mm之间，相对于现有技术的OCT探头中自聚焦透镜120的直径1.8mm，减小了自聚焦透镜120的直径，而OCT探头中，套管110内设置自聚焦透镜120以及光纤160，而光纤160的直径通常很小，所以自聚焦透镜120的大小决定着OCT探头的大小，本实用新型的自聚焦透镜120直径减小使得OCT探头体积减小，使得OCT探头应用的场合更加广泛，而且OCT探头直径减小还会使得患者在测试时感觉相对舒适一点。示例的，自聚焦透镜120的直径为0.5mm。

这里需要说明的是，在减小自聚焦透镜120的直径的同时并没有影响OCT探头的分辨能力，根据上述可知本实用新型的OCT探头分辨能力提高了。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图2所示，自聚焦透镜120的入光端面121为斜面,入光端面121与自聚焦透镜120的光轴呈8°夹角。

为了减少反射光和几次散射光从自聚焦透镜120进入光纤160时，干扰信号随着反射光和几次散射光进入光纤160，本实用新型将光纤160的出光端面设置为斜面，这样，由于反射光和几次散射光满足全反射原理而进入光纤160，而干扰信号由于不满足全反射原理而被泄露出光纤160。本领域人员应当知晓，光纤160作为光传导工具就是利用光的全反射原理，而全反射必须满足的条件就是入射角大于某一角度。

在探测光从光纤160传入自聚焦透镜120时，为了配合光纤160出光端面斜面设置，自聚焦透镜120的入光端面121也设置为与光纤160出光端面斜度相同的斜面。当自聚焦透镜120的入光端面121设置为斜面也会使得干扰信号被上扬分离，不会进入光纤160造成信号干扰。

需要说明的，光纤160的出光端面与自聚焦透镜120的入光端面的具体位置关系，根据自聚焦透镜120工作的不同节距时对应设置，当自聚焦透镜120工作在0.22-0.25P时，自聚焦透镜120与光纤160的出光端面之间具有一定的距离；当自聚焦透镜120工作在0.25-0.35P时，自聚焦透镜120与光纤160的出光端面之间贴合设置。

在现有的自聚焦透镜120的加工技术中，入光端面121与自聚焦透镜120的光轴呈8°夹角是最容易加工的，而且，夹角为8°并不影响对干扰信号的泄露，所以，将入光端面121与自聚焦透镜120的光轴的夹角设置为8°角，相应的，对应的光纤160的出光端面也设置为8°夹角。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图2所示，自聚焦透镜120的中心折射率在1.555-1.585之间，自聚焦透镜120的折射率分布常数在0.36-0.45之间。

折射率分布常数决定着自聚焦透镜120内折射率的分布，本领域技术人员应当知晓，自聚焦透镜120的折射率沿着中心向外周渐变，而变化的速率是由折射率分布常数决定的。本实用新型的自聚焦透镜120增大了折射率为分布常数0.36-0.45之间，使得自聚焦透镜120的折射率减少的比较快，增大了折射率差，提高了自聚焦透镜120的聚合能力。这里的中心折射率是指自聚焦透镜120圆柱的中心线上的折射率。

还需要说明的是，折射率，是指光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。也就是说，折射率与入射光的波长有关，入射光的波长越长，折射率越小，本实用新型实施例中的折射率，都是入射光的波长为1300nm对应的折射率。

可选的，如图1所示，基于微小型自聚焦透镜的OCT探头还包括设置于套管110入光端的软管130和松套管140，套管110的入光端依次与软管130和松套管140固定连接，光纤160设置于软管130和松套管140内。

光纤160从光学相干断层扫描仪将探测光引入OCT探头，而本领域技术人员应当知晓，光纤160是一种由玻璃或塑料制成的纤维，用作光传导工具，本身比较脆弱，易折断，在外界的碰撞或折弯时很更容易断裂，所以需要使用松套管140对光纤160进行保护，而在OCT探头在使用过程中，难以避免的会有弯折，所以，本实用新型的松套管140的内径设置的比光纤160的直径大一些，这样，在OCT探头弯折时，松套管140与光纤160之间的缝隙会在外部弯折时起到一定的缓冲作用。松套管140使用聚丙烯或者尼龙制成，具有一定的弹性，在弯折时会发生形变，撤去弯折的力时恢复原样。具体的，松套管140的内径设置的比光纤160的直径大0.2～1mm。

为了连接松套管140与套管110，在套管110和松套管140之间设置软管130，使用软管130连接套管110和松套管140，能够方便快捷的连接，需要说明的是，这里可以直接用软管130套设在套管110和松套管140各自的端部进行连接，也可以使用胶粘等别的方式使得软管130分别与套管110和松套管140进行连接，本实用新型不做具体限定。

使用软管130连接能够使得OCT探头在转动时对OCT探头提供更好的保护，示例的，软管130可以使用硅胶软管。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，如图1，图2所示，自聚焦透镜120的入光端面121和出光端面122分别镀有增透膜123。

光纤160发出的探测光进入自聚焦透镜120时，自聚焦透镜120的入光端面121难以避免会对探测光中的一部分进行反射，进而减少进入自聚焦透镜120的光线，而从自聚焦透镜120出射时，自聚焦透镜120的出光端面122也会有反射而减小进入人体待测部位的光线。同理，反射光和几次散射光也会在自聚焦透镜120的入光端面121和出光端面122有一定的反射造成光线减弱，而在自聚焦透镜120的入光端面121和出光端面122分别镀有增透膜123，增透膜123能够减少甚至消除自聚焦透镜120的入光端面121和出光端面122的反射光，增加透光量，从而增加到达人体待测部位的光线，增加到达人体待测部位的光能量。

对于反射光和几次散射光，增透膜123的设置增加到达光学相干断层扫描仪的光线，便于进行接收和处理，使得测试结果更准确。

可选的，如图2所示，自聚焦透镜120的长度在3.40-3.6mm之间。

自聚焦透镜120的长度在3.40-3.6mm之间，相对于现有技术的OCT探头中自聚焦透镜120的长度10mm，减小了自聚焦透镜120的长度，自聚焦透镜120的长度决定着OCT探头的长度，本实用新型的自聚焦透镜120长度减小使得OCT探头长度减小，使得OCT探头应用的场合更加广泛，而且OCT探头长度减小还会使得患者在测试时感觉相对舒适一点。示例的，自聚焦透镜120的直径为0.5mm。

结合上述自聚焦透镜120的直径的减小，本实用新型的自聚焦透镜120的直径和长度的减小，减小了自聚焦透镜120的体积，从而减小了OCT探头的体积。

本实用新型实施例的一种可实现的方式中，自聚焦透镜120的径向折射率分布满足：

其中，N(r)为透镜本体上距离透镜中心轴为r处的折射率，N_O为透镜本体中心轴处的折射率，r为透镜本体上距离透镜本体中心轴的长度，A为折射率分布常数，在0.36-0.45之间。

自聚焦透镜120的径向折射率逐渐减小是在一定条件下产生的，使用常规聚焦材料玻璃，利用网络体基本骨架间隙中的一价金属离子(修饰体氧化物)化学键较弱，迁移激活能较小，行动较为自由，与熔盐一价金属离子交换，使得玻璃成分中的修饰氧化物成分按照规律分布，进而使得玻璃材料的折射率按照圆柱体材料的径向呈现

分布。

玻璃的离子交换过程是在一定温度下，此时玻璃保持原有的形状，玻璃表面与熔盐以及玻璃中的低价离子由于热运动而发生的粒子位置的迁移过程，包括离子的自扩散(相同元素的离子相互位置变化)和互扩散(不同元素、电价相等的离子间的位置迁移)。离子的互扩散来自两种或两种以上的离子浓度差，这种离子的互扩散，在一定的时间后，能使玻璃中产生一定的离子浓度分布，进而形成折射率渐变的自聚焦透镜120，也就是说，是离子浓度的渐变引起介质密度的渐变，从而引起折射率的渐变。

可选的，如图1所示，光学相干层析探头还包括设置于套管110内侧的固定支架150，固定支架150将光纤160的端部固定于自聚焦透镜120的光轴上。

光纤160的端部位于自聚焦透镜120的光轴上时，光纤160出射的探测光能够绝大部分进入自聚焦透镜120从而提高探测光的能量，使得光学相干层析探头分辨能力更高。

需要说明的是，固定支架150的具体结构和设置方式本实用新型不做具体限定，只要能达到固定光纤160的端部即可。示例的，固定支架150可以使用玻璃管来实现，玻璃管与自聚焦透镜同轴设置，玻璃管的外径与套管的内径相同，且玻璃管中心位置设置有通孔以使光纤160穿过，光纤160与通孔的内壁通过结构胶固定，从而对光纤160起到支撑作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，包括套管以及设置于所述套管内的光纤，所述光纤将探测光引入成像探头，在所述套管内所述光纤的出光侧设置有自聚焦透镜，所述套管远离光纤的一端为工作端，所述自聚焦透镜与所述工作端的距离在1.8-2.05mm之间，所述自聚焦透镜在所述工作端的光斑直径在15-20um之间。

2.根据权利要求1所述基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜为直径在0.45-0.55mm之间的圆柱型。

3.根据权利要求2所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的入光端面为斜面。

4.根据权利要求3所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述入光端面与所述自聚焦透镜的光轴呈8°夹角。

5.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的中心折射率在1.555-1.585之间，所述自聚焦透镜的折射率分布常数在0.36-0.45之间。

6.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，还包括设置于所述套管入光端的软管和松套管，所述套管的入光端依次与所述软管和所述松套管固定连接，所述光纤设置于所述软管和所述松套管内。

7.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的入光端面和出光端面分别镀有增透膜。

8.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的长度在3.40-3.60mm之间。

9.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，所述自聚焦透镜的径向折射率分布满足：

其中，N(r)为透镜本体上距离透镜中心轴为r处的折射率，N_O为透镜本体中心轴处的折射率，r为透镜本体上距离透镜本体中心轴的长度，A为折射率分布常数。

10.根据权利要求1所述的基于微小型自聚焦透镜的OCT探头，其特征在于，还包括设置于套管内侧的固定支架，所述固定支架将光纤的端部固定于所述自聚焦透镜的光轴上。

Images