CN216962430U - 一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头及内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头及包含该光纤扫描探头的内窥镜，光纤扫描探头包括外壳、设置在外壳内的光纤以及驱动所述光纤动作的压电驱动器，光纤的光线出射端连接有支架，支架上可拆卸地固定有用于将光纤的光线汇聚到探测物体上的第一透镜；所述的光纤、支架及第一透镜需满足以下公式：
其中，E为光纤的杨氏模量；f为共振频率；rfiber为光纤半径；L为支架和第一透镜的质量中心与刚性支撑的距离；m为支架和第一透镜的有效质量。相比于现有内窥镜光学相干断层扫描技术光学系统，本实用新型的光纤扫描探头变得更加小且紧凑，同时透镜可以更换，这样，系统的焦距、工作距离与视场都可以优化，以满足更多实际医用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤扫描技术领域，具体涉及一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头及内窥镜。
背景技术
光学相干断层扫描技术是一种多功能的成像技术，能够捕捉到微米级分辨率的图像。利用红外光，光学相干断层扫描技术通过测量背面散射光的大小和回波时间延迟进行深度成像。通过横向扫描的机制，从这些深度图像中获得三维或体积图像。光学相干断层扫描技术捕捉三维图像的能力使其成为一种有吸引力的生物成像技术。而且随着微细加工技术的出现，将光学相干断层扫描技术所涉及的光学器件打包成一个探针，迎来了光学相干断层扫描技术内窥镜的时代。在内窥镜中引入光学相干断层扫描技术成像模式，可以以微创的方式对组织微观结构进行实时、原位可视化的观察。
内窥镜光学相干断层扫描技术探针有一个固有的要求，那就是要小型化以进入人体。目前的光学相干断层扫描技术探针可大致分为两类。(i)正向观察型和(ii)侧面观察型。正向观察的内窥镜探头在探头的纵向或正向观察方向发射和收集光线，而侧向观察的内窥镜探头则在探头的横向或侧向观察方向发射和收集光线。在医疗应用领域，侧视内窥镜探头适用于大面积腔的测量，而前视内窥镜探头一般更适合于图像引导和高分辨率的局部组织或者血管成像。本申请则侧重于前视内窥镜探头的结构设计。
现有的前视内窥镜光学相干断层扫描技术探头通过横向扫描光纤来实现。为了实现小而紧凑的光学探头，通常扫描光纤b通过压电管a来驱动，光纤的另一端有GRIN透镜c，来会聚光束到样品上，如图1。但是，由于共振频率很高，为了获取与波长有关的信息，系统的扫描速度非常慢，而且整个系统尺寸非常长，不利于集成到内窥镜软镜中。
或如公告号为CN207473205U的专利说明书中公开了一种扫描光纤，该扫描光纤包括纤芯、压电驱动器件和外包层，所述压电驱动器件固定在所述纤芯的前端，所述外包层外包于所述纤芯的后端。该系统虽然降低了压电驱动器件在扫描光纤工作时的负载，降低了对压电驱动器件的性能要求，但该系统的尺寸同样是非常长，不利于集成到内窥镜软镜中。
因此，为了减小系统的长度，还有一种方法是直接将一个GRIN透镜粘接在驱动光纤上，从而减少达到所需共振频率的光纤长度，避免采样不足。尽管如此，此种方法所实现的内窥镜光学探头仍旧很长，而且系统存在像差，分辨率不高。
另外，内窥镜光学相干断层扫描技术光学探头除了应具有高图像分辨率和穿透深度外，还需要一个大视场以捕获尽可能多的组织数据。此前所有的内窥镜光学相干断层扫描技术探头的视场都非常小，而且由于没有引入光学透镜，只有GRIN透镜，所以工作距离是固定的，不能够适应不同的医疗场景。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，缩短了系统整体尺寸，且扩大了光学相干断层扫描技术探头的视场，提高图像分辨率，而且降低了光纤扫描的共振频率，提高了系统的采样速度。
一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，包括外壳、设置在外壳内的光纤以及驱动所述光纤动作的压电驱动器，所述光纤的光线出射端连接有支架，所述支架上可拆卸地固定有用于将光纤的光线会聚到探测物体上的第一透镜；
所述的光纤、支架及第一透镜需满足以下公式：
其中，E为光纤的杨氏模量；f为共振频率；rfiber为光纤半径；L为支架和第一透镜的质量中心与刚性支撑的距离；m为支架和第一透镜的有效质量。
本方案，透镜直接通过支架连接到光纤上，可以在共振峰周围形成高度对称的扫描模式，降低系统的共振频率，提高了系统的采样速度。此外，本实用新型的光纤扫描探头整体尺寸比现有前视内窥镜光学相干断层扫描技术探头更短，视场相比于传统前视内窥镜光学相干断层扫描技术探头会增大。并且本系统灵活，能调整图像分辨率和内窥镜探头的工作距离，从而能够在不同的医疗情况下进行成像，如肺道、胃肠道和心血管系统。
光纤、支架和第一透镜可通过卡接的方式进行固定连接，也可以通过粘接的方式进行固定连接。
作为优选，所述支架的一端上设置有供所述光纤伸入的凹槽，支架的另一端上设置有供所述第一透镜嵌入的嵌槽。
优选的，所述第一透镜远离支架一侧的光路方向上还设置有至少一个用于光线透过的第二透镜；光线经过第一透镜、第二透镜聚焦到探测物体上；所述的第二透镜可拆卸地固定在外壳内。
增加第二透镜能够减小甚至消除系统的光学像差。
作为优选，所述支架的材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或聚碳酸酯(PC)。
作为优选，所述支架采用3D打印成型或车削成型。
作为优选，所述第一透镜为凸透镜，所述第二透镜为凹透镜；或，所述第一透镜为凹透镜，所述第二透镜且为凸透镜。
再优选的，所述的第二透镜的数量为2。
作为优选，所述压电驱动器为压电管、压电薄膜或者压电片。
本实用新型还提供了一种内窥镜，包含如上所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头。
作为优选，所述压电驱动器设置于所述外壳的一个端部，光路方向上最末端的所述第二透镜设置于所述外壳的另一个端部。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
相比于现有内窥镜光学相干断层扫描技术光学系统，本实用新型直接将透镜粘在光纤末端，以降低系统共振频率，提高系统的采样速度。本实用新型使用的透镜为凸透镜或凹透镜，而不是GRIN透镜，使光学相干断层扫描技术探头变得更加小与紧凑，满足内窥镜软镜的要求。
此外，本实用新型的结构灵活，根据不同的应用场景，本实用新型的结构能够定制光纤与透镜之间的距离。而且透镜可以更换，这样，系统的焦距、工作距离与视场都可以优化，以满足更多实际医用需求。
附图说明
图1为现有内窥镜光学相干断层扫描技术探头的结构示意图；
图2为本实用新型内窥镜的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本实用新型内窥镜的一种优选实施方式的结构如图2所示，包括外壳1和光学相干断层扫描系统。光学相干断层扫描系统包括光纤2、压电驱动器3、支架4、第一透镜5、第二透镜7和第三透镜6，第三透镜6位于第一透镜5、第二透镜7之间；同时压电驱动器3、支架4、第一透镜5、第二透镜7和第三透镜6均设置于外壳1内。
所述的光纤、支架及第一透镜需满足以下公式：
其中，E为光纤的杨氏模量；f为共振频率；rfiber为光纤半径；L为支架和第一透镜的质量中心与刚性支撑的距离；m为支架和第一透镜的有效质量。
本实施例中，压电驱动器3为压电管，光纤2穿过压电管，通过压电管驱动光纤2动作，进行横向扫描。
支架4与光纤2的光线出射端连接，可通过粘接或卡接的方式进行连接；第一透镜5可拆卸地固定在支架4上，以便于透镜的更换；光线从光纤2内射出并穿过第一透镜5；具体地，支架4的一端上设置有凹槽，光纤2伸入该凹槽内完成连接，支架4的另一端上设置有嵌槽，第一透镜5嵌于该嵌槽内完成固定。第一透镜5直接连接到光纤2上，可以在共振峰周围形成高度对称的扫描模式，以最大限度地扩大光学相干断层扫描技术探头的视场，提高系统的采样速度。
本实施例中，支架4的材质为PMMA，可通过3D打印成型或车削成型。
第三透镜6、第二透镜7依次位于第一透镜5远离支架4一侧，也即，第三透镜6、第二透镜7依次位于光路方向的下游。本实施例中，第一透镜5采用凸透镜，第三透镜6为凸透镜，第二透镜7采用凹透镜，光线依次穿过第一透镜5、第三透镜6、第二透镜7聚焦到工作环境中。当然，第一透镜5、第三透镜6以及第二透镜7的透镜类型也可更换，保证光纤出射的光线最终聚焦到工作环境中去即可。
本实施例中，压电管设置于外壳1的一个端部，第二透镜7设置于外壳1的另一个端部；相比于现有内窥镜，光学相干断层扫描技术探头变得更加小且紧凑。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (8)
1.一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，包括外壳、设置在外壳内的光纤以及驱动所述光纤动作的压电驱动器，所述光纤的光线出射端连接有支架，所述支架上可拆卸地固定有用于将光纤的光线会聚到探测物体上的第一透镜；
所述的光纤、支架及第一透镜需满足以下公式：
其中，E为光纤的杨氏模量；f为共振频率；rfiber为光纤半径；L为支架和第一透镜的质量中心与刚性支撑的距离；m为支架和第一透镜的有效质量。
2.根据权利要求1所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述支架的一端上设置有供所述光纤伸入的凹槽，支架的另一端上设置有供所述第一透镜嵌入的嵌槽。
3.根据权利要求1所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述第一透镜远离支架一侧的光路方向上还设置有至少一个用于光线透过的第二透镜；光线经过第一透镜、第二透镜聚焦到探测物体上；所述的第二透镜可拆卸地固定在外壳内。
4.根据权利要求1所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述支架采用3D打印成型或车削成型。
5.根据权利要求3所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述第一透镜为凸透镜，所述第二透镜为凹透镜；或，所述第一透镜为凹透镜，所述第二透镜且为凸透镜。
6.根据权利要求3所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述的第二透镜的数量为2。
7.根据权利要求1所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头，其特征在于，所述压电驱动器为压电管、压电薄膜或者压电片。
8.一种内窥镜，其特征在于，包含如权利要求1-7任一项所述的用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头。
Priority Applications (1)
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| CN202123362225.6U CN216962430U (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头及内窥镜 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| CN216962430U true CN216962430U (zh) | 2022-07-15 |
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Family Applications (1)
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| CN202123362225.6U Active CN216962430U (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种用于光学相干断层扫描的光纤扫描探头及内窥镜 |
Country Status (1)
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2021
- 2021-12-29 CN CN202123362225.6U patent/CN216962430U/zh active Active
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