內(nèi)窺式oct微探頭、oct成像系統(tǒng)及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用于人體管腔OCT掃描成像檢測(cè)，提 供了一種OCT內(nèi)窺掃描成像的OCT微探頭、OCT成像系統(tǒng)及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)相干層析掃描成像（OpticalCoherenceTomography，簡(jiǎn)稱0CT)，已廣泛應(yīng)用 在眼科診斷領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)是建立在光學(xué)、電子學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)上，是集光電 及高速數(shù)據(jù)采集和圖像處理等多項(xiàng)前沿學(xué)科為一體的新型成像技術(shù)，OCT憑借其具有高分 辨率、高速成像等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的關(guān)注，并在生物醫(yī)學(xué)與臨床診斷領(lǐng)域開始得到重視和 應(yīng)用。
[0003] 與現(xiàn)有的CT、超聲、MRI等其他成像方式相比，OCT具有極高的分辨率，與傳統(tǒng)的激 光共聚焦顯微鏡相比，OCT的成像深度具有明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)光學(xué)探頭的核心技術(shù)大多采 用光纖束進(jìn)行光傳導(dǎo)并進(jìn)行成像，或者采用CCD技術(shù)進(jìn)行成像，此類內(nèi)窺式探頭僅能探測(cè) 組織表面的病變，然而早期癌癥的癥狀發(fā)生在表皮以下1-3毫米的深度，因此傳統(tǒng)光學(xué)內(nèi) 窺探頭就顯得力不從心。目前也有通過(guò)超聲原理進(jìn)行醫(yī)學(xué)成像的內(nèi)窺探頭，雖然可獲得生 物組織表層以下較深的組織信息，但分辨率僅為毫米量級(jí)，對(duì)早期的癌癥易造成漏診。
[0004] 內(nèi)窺式OCT技術(shù)是近十年伴隨OCT技術(shù)發(fā)展而誕生并蓬勃發(fā)展的一項(xiàng)OCT分支技 術(shù)，其核心目標(biāo)是在不降低分辨率的前提下將OCT光學(xué)成像設(shè)備微型化，提供人體內(nèi)部臟 器管腔的高分辨率OCT圖像。這項(xiàng)技術(shù)極大的擴(kuò)展了OCT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使得OCT檢查 對(duì)象由體表器官或活檢樣品發(fā)展到人體內(nèi)臟，如血管、消化道以及呼吸道等。目前在臨床方 面，OCT內(nèi)窺鏡技術(shù)已經(jīng)在檢查動(dòng)脈粥樣硬化以及檢查血管支架安放情況等方面有了初步 的應(yīng)用。
[0005] 而內(nèi)窺式OCT系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件則是OCT微探頭。它可以將與現(xiàn)有臨床上使 用內(nèi)窺鏡或微創(chuàng)技術(shù)結(jié)合，伸入人體內(nèi)部臟器，采集并收集來(lái)自生物組織的背向散射光；同 時(shí)也要滿足物理尺寸小、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。
[0006] 作為OCT微探頭的關(guān)鍵零件的自聚焦透鏡，具有加工工藝成熟，生產(chǎn)成本低廉，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單裝配容易等特點(diǎn)，同時(shí)也可以做到很小的尺寸，成為生產(chǎn)OCT微探頭的首選，但其也 存在一些缺陷，如：在很小尺寸下，其數(shù)值孔徑有限，導(dǎo)致OCT微探頭的橫向分辨率降低，尤 其使用長(zhǎng)工作距離的自聚焦透鏡時(shí)會(huì)導(dǎo)致橫向分辨率急劇下降。
[0007] 同時(shí)，OCT微探頭在使用時(shí)，一般都會(huì)用圓柱形的塑料透明套管進(jìn)行定位及保護(hù)， 當(dāng)激光經(jīng)過(guò)圓柱形的塑料透明套管時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)過(guò)了一個(gè)圓柱面負(fù)透鏡，有散光現(xiàn)象的發(fā) 生，這就會(huì)造成激光圓形光斑變成橢圓形光斑，導(dǎo)致掃描出來(lái)的圖像發(fā)生了變形，影響診斷 結(jié)果。
[0008] 綜上所述，需要設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于血管、消化道以及呼吸道等或人體組織狹窄空間 的OCT檢測(cè)系統(tǒng)，且具有較高的橫向分辨率，能防止掃描出來(lái)的圖像發(fā)生變形的高分辨率 OCT微探頭。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種OCT內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)的OCT微探頭，所述OCT微探頭 包括單模光纖，套在彈簧管中；透鏡組件，使通過(guò)光纖傳播的光聚集在預(yù)定的工作距離處， 所述透鏡組件包括玻璃棒和自聚焦透鏡，通過(guò)改變玻璃棒與單模光纖的膠合距離可以改變 OCT微探頭的工作距離；通過(guò)自聚焦透鏡與玻璃棒的膠合，增大自聚焦透鏡的通光孔徑，進(jìn) 而提高OCT探頭的數(shù)值孔徑和橫向分辨率。所述OCT微探頭還可包括反射鏡、支撐不銹鋼 管和開槽不銹鋼管，這些光學(xué)元件端面用光學(xué)膠水膠合。
[0010] 其中，所述單模光纖一端帶有光纖標(biāo)準(zhǔn)接頭，此接頭可與OCT系統(tǒng)的光纖旋轉(zhuǎn)端 相連接，所述單模光纖套在彈簧管中（覆有PTFE膜），彈簧管可以有效保護(hù)單模光纖，降低 了探頭旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力，使所述OCT微探頭整體掃描更平穩(wěn)順暢，所述光纖標(biāo)準(zhǔn)接頭帶有支 撐不銹鋼管，此不銹鋼管在OCT微探頭進(jìn)行掃描時(shí)起支撐作用，使整個(gè)探頭旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)更 加平穩(wěn)。所述單模光纖的另一端為傾斜端面，與同樣也為傾斜端面的玻璃棒一端端面膠合， 膠合面的傾斜有效降低了反射光對(duì)信號(hào)光的干擾，可以通過(guò)改變玻璃棒與單模光纖的膠合 距離來(lái)改變OCT微探頭的工作距離以達(dá)到所要求的預(yù)期工作距離。所述玻璃棒的另一端與 所述自聚焦透鏡以〇 °角端面膠合后封裝于開槽不銹鋼管內(nèi)，玻璃棒的使用不僅增加了微 探頭的工作距離，并且增大了微探頭的數(shù)值孔徑，而數(shù)值孔徑的增加也導(dǎo)致橫向分辨率的 提高，同時(shí)這一設(shè)計(jì)也極大的減短了自聚焦透鏡的長(zhǎng)度，保證了微探頭的過(guò)彎性，使得整個(gè) 微探頭可以通過(guò)內(nèi)鏡鉗道與導(dǎo)管一起直接進(jìn)入人體食道。
[0011] 優(yōu)選地，所述自聚焦透鏡與空氣接觸的面鍍有增透膜，可降低光線在光學(xué)面之間 的反射及增加透光性能，從而降低了由于光學(xué)面的反射光對(duì)信號(hào)光的影響，提高了OCT微 探頭的靈敏度。
[0012] 優(yōu)選地，所述玻璃棒與所述單模光纖的膠合面的角度為4度-12度。
[0013] 優(yōu)選地，所述反射鏡的反射面朝向不銹鋼管開槽口封裝于不銹鋼管內(nèi)，為了降低 光源通過(guò)圓柱形內(nèi)管的散光對(duì)成像的影響，此處的反射鏡可以根據(jù)圓柱形內(nèi)管的內(nèi)外徑以 及內(nèi)管材料的折射率而設(shè)計(jì)柱面反射鏡，抵消內(nèi)管的散光影響，校正光斑的形狀，達(dá)到提高 成像質(zhì)量的目的。
[0014] 本發(fā)明的另一目的是提供一種OCT內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)，包括掃頻激光模塊、干涉 模塊、探測(cè)器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖像顯示模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、球囊導(dǎo)管、充放 氣設(shè)備、所述OCT微探頭，其中，
[0015] 所述掃頻激光模塊包括高速掃頻激光器、光纖隔離器與光纖耦合器，將從掃 頻激光器輸出的光學(xué)信號(hào)與后續(xù)光路隔離，防止后續(xù)光路返回的光學(xué)信號(hào)干擾激光器 正常工作；所述干涉模塊可采用光纖式馬赫一曾德爾干涉儀（MZI)或光纖式邁克爾遜 (Michelson)干涉儀結(jié)構(gòu)。其中馬赫一曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)光纖耦合器、兩個(gè)光 纖環(huán)形器以及兩個(gè)光纖偏振控制器組成，其中第一個(gè)光纖耦合器一般采用非對(duì)稱式光纖 耦合器，將大部分激光輸出至樣品臂的微探頭；在參考臂與樣品臂中均放置一個(gè)光纖環(huán)形 器以收集從兩個(gè)臂反射或散射回的光學(xué)信號(hào)；第二個(gè)光纖耦合器可采用對(duì)稱式2X2光纖 耦合器（即分光比為50/50)以產(chǎn)生光學(xué)干涉信號(hào)并降低直流共模信號(hào)，光纖偏振控制器 被對(duì)稱的放置在參考臂與樣品臂中，用于調(diào)整兩個(gè)臂的偏振狀態(tài)以獲得最佳的光學(xué)干涉信 號(hào)。邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)則由一個(gè)對(duì)稱式2X2光纖耦合器、一個(gè)光纖環(huán)形器以及兩個(gè)光學(xué) 偏振控制器組成，掃頻激光首先經(jīng)過(guò)光纖環(huán)形器后在進(jìn)入光纖耦合器，從參考臂與樣品臂 反射或散射回的光學(xué)信號(hào)在經(jīng)過(guò)同一個(gè)光纖耦合器產(chǎn)生干涉信號(hào)，光纖偏振控制器被對(duì)稱 的放置在參考臂與樣品臂中，用于調(diào)整兩個(gè)臂的偏振狀態(tài)以獲得最佳的光學(xué)干涉信號(hào)。馬 赫一曾德爾干涉儀（MZI)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)對(duì)稱、色散管理簡(jiǎn)單、探測(cè)靈敏度高。邁克爾遜 (Michelson)干涉儀的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且不會(huì)引入偏正模色散（PMD)，兩者的共同之處 在于兩個(gè)臂中間的光程差決定了發(fā)生光學(xué)時(shí)鐘的自由光譜區(qū)（FSR)，也最終決定了OCT圖 像的最大成像深度；探測(cè)器模塊可采用高速平衡光電探測(cè)器，主要用于將從干涉模塊輸出 的干涉光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集模塊是高速模數(shù)采集卡，主要用于將模擬 電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電學(xué)信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理；所 述數(shù)據(jù)處理模塊是具有數(shù)字信號(hào)處理能力的芯片（如CPU，GPGPU、DSP、FPGA等），主要用于 對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為最終的圖像信號(hào)；所述圖像顯示模塊主要用于顯示圖像信號(hào) 并負(fù)責(zé)圖像的后處理以及測(cè)量工作；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)由光纖旋轉(zhuǎn)連接器、電機(jī)以及電動(dòng)平移 臺(tái)組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)OCT微探頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描，同時(shí)電動(dòng)平移臺(tái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)往某一方向移動(dòng)，這時(shí)軟件將獲取到的旋轉(zhuǎn)掃描數(shù)據(jù)及平移臺(tái)移動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，即 產(chǎn)生3D圖像；所述OCT微探頭主要用于進(jìn)入人體內(nèi)部臟器以傳輸掃頻激光并采集從生物組 織中背向散射的光學(xué)信號(hào)；所述球囊導(dǎo)管用于擴(kuò)張人體內(nèi)部臟器管道，消除皺褶并將OCT 微探頭穩(wěn)定于球囊中心；所述充放氣設(shè)備主要用于擴(kuò)張球囊導(dǎo)管。
[0016] 優(yōu)選地，所述球囊導(dǎo)管包括：手柄，所述手柄的一個(gè)