專利名稱：用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭。
背景技術(shù)：
近紅外漫射光檢測(cè)技術(shù)具有安全、可靠、連續(xù)、實(shí)時(shí)及無(wú)損的特點(diǎn)，在組織體研究中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)利用特定波長(zhǎng)的光照射到組織體表面，可探測(cè)到組織體表下數(shù)厘米，檢測(cè)組織出射光的分布情況，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果重構(gòu)出被檢體的光學(xué)特性參數(shù) (吸收系數(shù)μ 3和約化散射系數(shù)μ ‘ s)，從而達(dá)到病變的分級(jí)以及監(jiān)測(cè)癌變組織對(duì)治療的反應(yīng)的目的。根據(jù)人體宮頸的形狀，醫(yī)學(xué)診斷中通常使用內(nèi)窺探頭對(duì)宮頸進(jìn)行檢測(cè)，由美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)的樸大慶教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，使用的探頭外殼內(nèi)固定了 8根源光纖和8根探測(cè)光纖，源光纖發(fā)出的光照射到錐形鏡上，使光束在行進(jìn)方向彎折90°，光束經(jīng)探頭外殼上的窗投射到宮頸壁，經(jīng)宮頸表面反射的光和組織體散射的光被收集到光纖上的錐形鏡， 并導(dǎo)入到探測(cè)光纖。其不足為第一，光纖使用量多，造價(jià)高；第二，由于探頭尺寸較小，探頭外窗的個(gè)數(shù)有限，即當(dāng)源光纖照射一點(diǎn)時(shí)，最多有8個(gè)固定探測(cè)點(diǎn)，有效探測(cè)區(qū)域有限， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活探測(cè)。之前天津大學(xué)也設(shè)計(jì)過(guò)一種內(nèi)窺探頭，即天津大學(xué)梁菊蘭碩士論文《內(nèi)窺式近紅外光頻域檢測(cè)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)研究》中提到的內(nèi)窺探頭，其核心是采用三根完全相同的側(cè)面發(fā)光光纖，即兩根源光纖和一根探測(cè)光纖，三根光纖按指定位置被嵌入圓柱探頭的表面，保證所有源點(diǎn)和探測(cè)點(diǎn)處于同一圓周上，利用光開關(guān)對(duì)源光纖進(jìn)行分時(shí)選擇，但只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)檢測(cè)，而且不能實(shí)現(xiàn)圓周掃描，同時(shí)，側(cè)照光纖既不能較好地垂直照射宮頸的內(nèi)壁，也不能較好地垂直接收內(nèi)壁上的漫射出射光，檢測(cè)得到的正向參數(shù)必然與所模擬的數(shù)據(jù)存在偏差，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、適用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式探頭。本發(fā)明提供的內(nèi)窺式探頭，僅用一根源光纖和一根探測(cè)光纖即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)檢測(cè)的無(wú)盲點(diǎn)圓周掃描，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，更適于臨床要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，包括底板、外套、中空管、實(shí)心管、源光纖、探測(cè)光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進(jìn)電機(jī)、同步輪和同步帶和步進(jìn)電機(jī)，在實(shí)心管和中空管上分別設(shè)置有凹槽，源光纖固定在實(shí)心管的凹槽內(nèi)，探測(cè)光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實(shí)心管和中空管之間設(shè)置有小軸承，中空管和軸承座之間設(shè)置有大軸承，軸承座固定在底板上；實(shí)心管的頂端與中空管的頂端平齊，后端延伸到空心管的外部， 在實(shí)心管的后端上固定有小同步輪，在中空管的后端上固定有大同步輪，大同步輪和小同步輪各由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)。作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的源光纖包括光纖包層、固定套、格林透鏡和纖芯，材質(zhì)為多模光纖，光纖頂端固定有用于光束的聚焦和準(zhǔn)直的格林透鏡，透鏡的遠(yuǎn)端被處理成 45°斜面，光纖包層用于保護(hù)纖芯，固定套用于對(duì)格林透鏡和光纖頂部的連接處的固定和保護(hù)。所述的探測(cè)光纖包括光纖包層、固定套以及纖芯，探測(cè)光纖材質(zhì)為多模光纖，探測(cè)光纖頂端的纖芯被處理成45°的斜面。在中空管和底板之間各設(shè)置一塊擋板，作為探測(cè)光纖的機(jī)械零點(diǎn)；在實(shí)心管和底板之間之間各設(shè)置一塊擋板，作為源光纖的機(jī)械零點(diǎn)。實(shí)心管的頂端與中空管的頂端平齊，后端延伸到空心管的外部，中空管前端除凸出的凹槽外，其余位置均比實(shí)心管短。中空管外部設(shè)置有外套，外套固定在軸承座上，其頂端為流線型。本發(fā)明特點(diǎn)為全自動(dòng)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)控制兩光纖不同角度的旋轉(zhuǎn)，以設(shè)定源光纖照射位點(diǎn)以及探測(cè)光纖探測(cè)位點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)宮頸癌前病變探測(cè)。有益效果是(1)減少光纖數(shù)目，提高掃描靈活性。只需要兩根光纖即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)檢測(cè)的圓周掃描，減少了光纖數(shù)目，降低了探頭制作成本，同時(shí)源光纖和探測(cè)光纖可以分別以任意角度旋轉(zhuǎn)照射和探測(cè)，相比現(xiàn)有探頭，該探頭掃描更加方便靈活。(2)實(shí)現(xiàn)垂直入射和垂直接收，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。對(duì)光纖頂端進(jìn)行了處理，使用了合適的光學(xué)系統(tǒng)，保證光束偏折90°，既能較好地垂直照射宮頸的內(nèi)壁，又能較好地接收內(nèi)壁的出射光，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。(3)體積小，便于攜帶。該探頭尺寸較小，因此既可做成手提式也可做成自動(dòng)調(diào)節(jié)式。(4)全自動(dòng)化控制。該探頭在有效探測(cè)區(qū)內(nèi)由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行檢測(cè)，減少人為干擾因素，精度高，提高了儀器的可靠性及運(yùn)行效率。(5)探頭外套“固定化”的設(shè)計(jì)理念。在探測(cè)過(guò)程中，外套不動(dòng)，內(nèi)部的光纖旋轉(zhuǎn)， 這樣既可以減輕患者的痛苦，也增加了探頭和光纖的使用壽命。在臨床實(shí)驗(yàn)中，可以在該裝置上加一個(gè)薄的一次性的醫(yī)用外套，既可避免感染又保證了探頭的可重復(fù)利用。


圖1.旋轉(zhuǎn)探頭的結(jié)構(gòu)前視圖。圖2探頭的剖面圖。圖3探頭左視圖。圖4源光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖5探測(cè)光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖6探頭外套結(jié)構(gòu)圖。圖7探頭外套立體圖。圖8為探頭頭部細(xì)節(jié)圖。其中1為實(shí)心管，2為小軸承，3為中空管，4為大軸承，5為軸承座，6為小同步輪， 7為大同步輪8.光纖包層9.固定套10.格林透鏡11.纖芯12.中空管擋板13.實(shí)心管擋板14中空管凹槽15實(shí)心管凹槽
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明宮頸癌檢測(cè)的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭如圖1、2、3、8所示，探頭包括1為實(shí)心管，2 為小軸承，3為中空管，4為大軸承，5為軸承座，6為小同步輪，7為大同步輪，源光纖和探測(cè)光纖。其特征在于實(shí)心管1外壁凹槽固定源光纖，中空管3外壁凹槽固定探測(cè)光纖，實(shí)心導(dǎo)管1和中空管3之間由小軸承2聯(lián)接，兩管外壁各開一排凹槽，其中中空管凹槽14固定探測(cè)光纖，實(shí)心管凹槽15固定源光纖。為避免源光纖發(fā)射出的光被中空管3遮住，對(duì)中空管 3的頂端進(jìn)行了機(jī)械處理，中空管的凹槽14從中空管3的端部伸出，伸出長(zhǎng)度大概為5mm。 中空管3和軸承座5通過(guò)大軸承4連接，中空管后端與軸承座5固定。在探測(cè)過(guò)程中，外套不動(dòng)。軸承座5和步進(jìn)電機(jī)均通過(guò)螺絲與底板(圖中未畫出)進(jìn)行固定，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別帶動(dòng)中空管和實(shí)心管的轉(zhuǎn)動(dòng)，使源光纖和探測(cè)光纖實(shí)現(xiàn)彼此獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)心管1的頂端和中空管3的頂端平齊，后端從中空管伸出50mm左右，用于實(shí)心導(dǎo)管后端固定同步輪6，小同步輪6與大同步輪7分別通過(guò)同步帶與步進(jìn)電機(jī)連接，從而帶動(dòng)兩光纖轉(zhuǎn)動(dòng)。源光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，主要由光纖包層8、固定套9、格林透鏡10和纖芯11組成。源光纖材質(zhì)為多模光纖，光纖頂端有一格林透鏡10，用于光束的聚焦和準(zhǔn)直，透鏡遠(yuǎn)端被處理成45°斜面，使光線出射光纖時(shí)偏折90°，聚焦于宮頸內(nèi)壁上，光纖包層8起到保護(hù)纖芯的作用，格林透鏡10經(jīng)過(guò)特殊處理與光纖頂端連接，同時(shí)利用固定套9對(duì)連接處起到固定保護(hù)的作用。探測(cè)光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，主要由光纖包層8、固定套9以及纖芯11組成。 探測(cè)光纖材質(zhì)為多模光纖，相比于源光纖，探測(cè)光纖頂端的纖芯11直接被處理成45°的斜面，使光線偏折90°，使得該光纖吸收面相對(duì)于源光纖大，有利于對(duì)漫發(fā)射光的收集，提高光收集效率。實(shí)心管1和中空管3及軸承2用過(guò)盈方式固定，兩光纖與管外壁用強(qiáng)力膠固定。探頭前端為圓柱狀，中空管3外徑為20mm，保證了中空管外壁貼合上皮組織表面， 又不至引起患者疼痛。選擇探測(cè)光纖固定于中空管3外壁的凹槽，易于探測(cè)經(jīng)組織微弱的漫反射光。源光纖固定于實(shí)心管1外壁，源光纖與組織距離越近，探測(cè)效果越好，因此實(shí)心管直徑應(yīng)盡量大，在軸承尺寸的約束下，實(shí)心管直徑定為8mm。探頭外套結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，外套材質(zhì)為有機(jī)玻璃，其前端采用類流線型結(jié)構(gòu)，后端與軸承座固定，探測(cè)過(guò)程中，外套不動(dòng)，內(nèi)部的光纖旋轉(zhuǎn)，這樣既可以減輕患者的痛苦，也增加了探頭和光纖的使用壽命。另外，在臨床實(shí)驗(yàn)中，可以在該裝置上加一個(gè)薄而透明的一次性的醫(yī)用外套，避免感染又保證探頭的可重復(fù)利用。在探測(cè)過(guò)程中，探頭外套不動(dòng)，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別通過(guò)同步帶傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)中空管和實(shí)心管的轉(zhuǎn)動(dòng)，使源光纖和探測(cè)光纖實(shí)現(xiàn)彼此獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中，源光纖與激光器相連， 將近紅外光照射到組織體，探測(cè)光纖用于探測(cè)經(jīng)組織后的漫反射光，之后進(jìn)入PMT中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，該探測(cè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)設(shè)定源光纖照射點(diǎn)以及探測(cè)光纖探測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)檢測(cè)的圓周掃描，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)宮頸癌前病變探測(cè)。步進(jìn)電機(jī)的控制是通過(guò)Iabview編程實(shí)現(xiàn)的，首先編寫程序通過(guò)串口對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)送指令，之后控制器輸出指令通過(guò)驅(qū)動(dòng)器將指令轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)可識(shí)別的脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)源光纖和探測(cè)光纖的旋轉(zhuǎn)控制。機(jī)械零點(diǎn)的建立方法為在中空管和底板以及實(shí)心管和底板之間分別凸出一小塊擋板12和13，作為探頭的機(jī)械零點(diǎn)，這樣可以精確的定位源光纖和探測(cè)光纖的位置，減少了人為因素的干擾，同時(shí)在機(jī)械零點(diǎn)處安裝行程開關(guān)，利用行程開關(guān)控制板和步進(jìn)電機(jī)控制器相連，當(dāng)兩管分別到達(dá)機(jī)械零點(diǎn)時(shí)，行程開關(guān)閉合，此時(shí)行程開關(guān)控制板給步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)送指令，使控制器停止輸出脈沖，從而使步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)停止工作，避免了機(jī)械零點(diǎn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的損害，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，凡依本發(fā)明形狀、結(jié)構(gòu)、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，包括底板、外套、中空管、實(shí)心管、源光纖、探測(cè)光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進(jìn)電機(jī)、同步輪和同步帶和步進(jìn)電機(jī)，在實(shí)心管和中空管上分別設(shè)置有凹槽，源光纖固定在實(shí)心管的凹槽內(nèi)，探測(cè)光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實(shí)心管和中空管之間設(shè)置有小軸承，中空管和軸承座之間設(shè)置有大軸承，軸承座固定在底板上；實(shí)心管的頂端與中空管的頂端平齊，后端延伸到空心管的外部，在實(shí)心管的后端上固定有小同步輪，在中空管的后端上固定有大同步輪，大同步輪和小同步輪各由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，其特征在于，所述的源光纖包括光纖包層、固定套、格林透鏡和纖芯，材質(zhì)為多模光纖，光纖頂端固定有用于光束的聚焦和準(zhǔn)直的格林透鏡，透鏡的遠(yuǎn)端被處理成45°斜面，光纖包層用于保護(hù)纖芯，固定套用于對(duì)格林透鏡和光纖頂部的連接處的固定和保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，其特征在于，所述的探測(cè)光纖包括光纖包層、固定套以及纖芯，探測(cè)光纖材質(zhì)為多模光纖，探測(cè)光纖頂端的纖芯被處理成45°的斜
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，其特征在于，在中空管和底板之間各設(shè)置一塊擋板，作為探測(cè)光纖的機(jī)械零點(diǎn)；在實(shí)心管和底板之間之間各設(shè)置一塊擋板，作為源光纖的機(jī)械零點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，其特征在于，實(shí)心管的頂端與中空管的頂端平齊，后端延伸到空心管的外部，中空管前端除凸出的凹槽外，其余位置均比實(shí)心管短。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，其特征在于，中空管外部設(shè)置有外套，外套固定在軸承座上，其頂端為流線型。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于漫射光斷層成像的內(nèi)窺式旋轉(zhuǎn)探頭，包括底板、外套、中空管、實(shí)心管、源光纖、探測(cè)光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進(jìn)電機(jī)、同步輪和同步帶和步進(jìn)電機(jī)，在實(shí)心管和中空管上分別設(shè)置有凹槽，源光纖固定在實(shí)心管的凹槽內(nèi)，探測(cè)光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實(shí)心管和中空管之間設(shè)置有小軸承，中空管和軸承座之間設(shè)置有大軸承；實(shí)心管的后端延伸到空心管的外部，在實(shí)心管的后端上固定有小同步輪，在中空管的后端上固定有大同步輪，大同步輪和小同步輪各由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)探頭源光纖和探測(cè)光纖可以分別以任意角度旋轉(zhuǎn)照射和探測(cè)，掃描方便靈活，成本較低。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102551677SQ20121005677
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者崔姍姍, 楊彥雙, 秦轉(zhuǎn)萍, 趙會(huì)娟, 高峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)