專利名稱：一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭的制作方法
—種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于心血管OCT或人體組織狹窄空間的檢測，以防止出現(xiàn)干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭。背景技術(shù)：
隨著科學(xué)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)中，先后出現(xiàn)了各種各樣的成像儀器，例如:超聲成像、X光成像、CT、MRT和PET等等，但是這些儀器多少都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。超聲成像依賴于生物組織的聲阻抗，對比度差，難以發(fā)現(xiàn)早期的癌變；X光成像依賴于生物組織的密度，密度越大，圖像就越白，但是對于密度接近的不同器官和組織的圖像則因?qū)Ρ榷炔桓叨鵁o法分辨，而且X射線透視使組織遭受強(qiáng)離子輻射的作用，入射的高能量會使生物組織離化。另外，層析成像技術(shù)中的CT、MRT和PET設(shè)備和使用費(fèi)用昂貴，對人體有一定的損傷作用；例如=X-CT具有較高的成像深度，可以探測整個(gè)身體，分辨率能達(dá)到0.7mm至
2.0mm，不過掃描和大計(jì)算量的圖像重建工作都要花費(fèi)較長的時(shí)間，得到一幅完整的CT圖像一般需要十幾秒鐘，因此它不適合作實(shí)時(shí)高分辨率成像；MRI基于強(qiáng)磁場和高頻信號導(dǎo)致體內(nèi)原子共振發(fā)出它們本身的信息，而且其分辨率也相對比較低。而光學(xué)成像技術(shù)成為了相對比較理想的技術(shù)，其中最主要的代表是光學(xué)相干斷層成像技術(shù)(optical coherencetomography) OCT。它的優(yōu)點(diǎn)在于:利用對人體無損傷的紅外光做為光源(一般是830nm或1310nm)，利用相干時(shí)間門的原理實(shí)現(xiàn)層析，具有很高的分辨率(微米級)，可實(shí)現(xiàn)非接觸、無輻射、高分辨率并實(shí)時(shí)成像和在體活檢。其由于具備上述特別的優(yōu)點(diǎn)，光學(xué)相干斷層成像技術(shù)是近20年來發(fā)展最快的一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，主要用于眼科、皮膚、牙科、心血管、呼吸道和胃腸道、早期癌癥檢測等。OCT技術(shù)的核心是邁克爾遜干涉儀，由于OCT技術(shù)其實(shí)最早來源于白光干涉測量法，光學(xué)相干域反射測量技術(shù)。 該技術(shù)使用一寬帶光源發(fā)出的相干光進(jìn)行反射域的測量，并通過實(shí)驗(yàn)得到了 IOum的軸向分辨率和大于IOOdB的動態(tài)范圍。而傳統(tǒng)的影像方法主要包括核磁共振血管成像和血管造影成像，然而這些成像只能夠呈現(xiàn)出血管的外形或者內(nèi)部輪廓，對血管壁以及血管腔的細(xì)節(jié)部分顯現(xiàn)非常模糊，包括血管壁動脈化斑塊的大小、成分、裂紋等，這些信息對于血管完整性評估和預(yù)測有著重要的臨床價(jià)值。而且，由于X射線具有很強(qiáng)的輻射性，這樣也在一定程度上限制了使用性。因此，理想的血管成像技術(shù)應(yīng)該在保證必要的安全性的前提下不僅可以發(fā)現(xiàn)血管的病灶區(qū)域而且可以對該區(qū)域的病灶特性進(jìn)行分析，從而為臨床診斷提供有效的科學(xué)依據(jù)。血管內(nèi)超聲成像(intravascularultrasound tomography, IVUS)可以將一個(gè)微型的超聲成像探頭直接伸入血管內(nèi)部進(jìn)行血管的斷面掃描成像。這種技術(shù)在一定程度上提高了血管成像的分辨率，可以發(fā)現(xiàn)某些明顯的病灶區(qū)域，但是由于所采用超聲探頭的頻率普遍在20-50MHZ之間，對應(yīng)圖像分辨率大約為200-100 μ m左右，這個(gè)分辨率還不足以看清血管壁的細(xì)節(jié)，存在許多局限性。而采用近年發(fā)展起來的光學(xué)相干斷層層析(optical coherence tomography, OCT)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)心血管內(nèi)微米級高分辨率的成像，對臨床鑒別和診斷冠狀動脈粥樣硬化以及干預(yù)治療的效果進(jìn)行跟蹤評價(jià)。
內(nèi)窺OCT的出現(xiàn)，為將來進(jìn)行體內(nèi)組織病變以及癌癥診斷提供了強(qiáng)有力的幫助。血管內(nèi)OCT成像(Intravascular OCT, IV-0CT)具有能夠呈現(xiàn)出動脈硬化的微觀細(xì)節(jié)的獨(dú)特功能，特別是那些被認(rèn)為是很容易就會突然破裂的硬塊。這種技術(shù)的最大優(yōu)勢就是它的高分辨率，比血管內(nèi)超聲成像的分辨率高出10倍，可以從組織形態(tài)上觀察動脈粥樣硬化斑塊和冠狀動脈微小結(jié)構(gòu)變化。此外，對于血管內(nèi)植入支架的觀察和定位，血管內(nèi)OCT成像是普通造影技術(shù)和血管內(nèi)超聲成像所無法比擬的。從OCT成像的結(jié)果中醫(yī)生能夠清晰地觀察到支架是否完全貼壁、是否完全擴(kuò)張、組織撕裂、組織脫垂和支架支撐桿是否分布均勻等情況，這些為評價(jià)手術(shù)支架的使用具有極其重要的意義。目前隨著OCT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)冠狀動脈內(nèi)的高速高分辨率成像，并且由于小型化光纖成像導(dǎo)管探頭的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)狹窄動脈管內(nèi)壁的成像，這些都是普通成像技術(shù)所難以達(dá)到的。OCT成像導(dǎo)管與血管內(nèi)超聲導(dǎo)管比較，OCT導(dǎo)管僅由一條光纖構(gòu)成，不需要任何傳感器，結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用。血管內(nèi)OCT成像系統(tǒng)是最近幾年才開始發(fā)展起來的，它主要結(jié)合了光學(xué)成像、機(jī)械掃描、信號處理等技術(shù)，是多學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物。微型OCT成像導(dǎo)管不但用于動脈、靜脈還可用于肺氣道，還可以用于各種狹窄空間的探測比如飛秒激光器加工的微孔。針對心血管成像的特點(diǎn)，需要特別的內(nèi)窺探頭解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問題:
1、探頭微型化問題，由于心血管OCT探頭要進(jìn)入到人體的管狀動脈血管，是人體中最狹窄的部位，要求探頭尺寸小于250um甚至更小。而傳統(tǒng)的內(nèi)窺OCT探頭由光纖和自聚焦透鏡和棱鏡組成，一般的自聚焦透鏡尺寸為1.SmmUmm0因此制作的內(nèi)窺OCT探頭一般尺寸外徑尺寸最小僅為1mm，很難制作出達(dá)到心血管OCT探頭尺寸要求。2、消除干涉環(huán)的難題，由于內(nèi)窺OCT探頭由光纖和自聚焦透鏡和棱鏡組成，一般的光學(xué)系統(tǒng)回?fù)p為60dB左右，但 是由于OCT系統(tǒng)的信噪比可以達(dá)到IOOdB以上，因此在光路上的各個(gè)端面產(chǎn)生的反射光還是會產(chǎn)生相互干涉的現(xiàn)象，造成干涉環(huán)的出現(xiàn)，而干涉環(huán)很嚴(yán)重的干涉到了圖像的質(zhì)量，必須徹底消除干涉環(huán)。美國專利US4740047號公開了一種微型光纖探頭，但是由于光纖探頭沒有增加透鏡來準(zhǔn)直光束，所以無法讓光束會聚，因此信號很弱，無法達(dá)到OCT探頭的使用要求。中國專利CN100407980C號，公開了一種掃描微型光學(xué)探針，可以滿足尺寸微型化的需求，但是由于整個(gè)光學(xué)探針由光纖、無芯光纖、自聚焦光纖、帶角度無芯光纖制成的微棱鏡組成，造成中間出現(xiàn)多個(gè)反射面，每個(gè)反射面都會產(chǎn)生一定的反射光，從而造成出現(xiàn)干涉環(huán)的現(xiàn)象，而且多個(gè)連接面進(jìn)行連接時(shí)，工藝較復(fù)雜，制造難度大，生產(chǎn)成本高。圖1就是專利中公布的一種方案是由一種小于300um的自聚焦透鏡和反射鏡和光纖組成。自聚焦透鏡的兩個(gè)端面都是平面，兩個(gè)平面產(chǎn)生的反射光會產(chǎn)生干涉環(huán)，具體的干涉環(huán)見圖2。在光學(xué)相干斷層成像系統(tǒng)中，沿著光傳播路徑上的反射面之間的反射強(qiáng)度關(guān)系會被檢測出來。在圖2中兩個(gè)反射面在很近的距離內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)反射光，光在兩個(gè)反射面內(nèi)多次反射，多次反射的光經(jīng)過相干成像就會造成干涉環(huán)(俗稱鬼影)的出現(xiàn)，而之所以稱之為鬼影是因?yàn)檫@個(gè)干涉環(huán)本來在圖像中是不存在的，這會造成成像質(zhì)量的下降。尤其是當(dāng)干涉環(huán)與實(shí)際的組織成像重疊時(shí)，會造成無法分辨干涉環(huán)和真實(shí)的圖像，這是OCT探頭的一個(gè)最大的難題。而且由于專利中采用了塑料保護(hù)套管，有兩個(gè)十分不利的因素，第一，塑料保護(hù)套的折射率和玻璃反射棱鏡的折射率不匹配，因此會造成更多的反射光出現(xiàn)，也有可能造成干涉環(huán)。另外由于塑料套管只能做成圓形的截面，因此準(zhǔn)直光束經(jīng)過塑料套管后相當(dāng)于經(jīng)過了一個(gè)柱面透鏡，會對光束進(jìn)行一個(gè)匯聚作用，造成出射光斑為橢圓光斑，產(chǎn)生光學(xué)畸變，這樣會極大的影響OCT的成像質(zhì)量。在此，美國專利US7805034介紹了一種消除鬼影(即干涉環(huán))的微型光纖探頭，其為了解決干涉環(huán)的問題，必須消除探頭之間的兩個(gè)平面，因此，專利中描述了一種采用球透鏡熔接的辦法，用兩個(gè)球面代替透鏡和反射鏡的兩個(gè)平面，大大的減少了平面反射光，因此可以消除干涉環(huán)(俗稱鬼影)。但是此專利的缺點(diǎn)是使用了一個(gè)球透鏡，尺寸為直徑500um，無法滿足心血管OCT探頭要求的透鏡直徑尺寸小于250um的要求。綜上所述，需要設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于心血管OCT或人體組織狹窄空間的檢測，以防止出現(xiàn)干涉環(huán)的成像探頭。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在不能同時(shí)滿足尺寸小于250um以及消除多次反射產(chǎn)生的干涉環(huán)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，所述探頭包括單模光纖部分、梯度折射率透鏡部分和反射棱鏡部分，所述梯度折射率透鏡部分黏貼于單模光纖部分一端，所述反射棱鏡部分黏貼于梯度折射率透鏡部分一端，且所述梯度折射率透鏡部分的光程大于5mm ο根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭的梯度折射率透鏡部分和反射棱鏡部分的直徑均為125um_250um。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭的梯度折射率透鏡部分的長度大于4mm。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭的梯度折射率透鏡部分的長度大于4mm，且節(jié)距大于0.75P+NP，其中，N為整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭的反射棱鏡部分的角度為42° -60°。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭的反射棱鏡部分上還設(shè)鍍有全反射膜層，且所述全反射膜層為金屬膜層。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述探頭外側(cè)還有直徑為250um-500um的石英玻璃保護(hù)層，且所述光學(xué)相干斷層探頭的出光端面為平面。相對于現(xiàn)有技術(shù)來說，本發(fā)明的有益效果為:一方面在既不消除反射面也不增大反射面角度的情況下，將反射光的距離拉遠(yuǎn)，使得產(chǎn)生的干涉環(huán)超出圖像的顯示范圍，進(jìn)而使反射光弱到不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，另一方面可以同時(shí)滿足尺寸小于250um以及消除多次反射產(chǎn)生的干涉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。

圖1為原有光學(xué)OCT探頭的結(jié)構(gòu)示意 圖2為光學(xué)OCT探頭成像后有干涉環(huán)的圖像；
圖3為光學(xué)OCT探頭成像后消除干涉環(huán)的圖像；
圖4為實(shí)施例一中使用250um直徑梯度折射率透鏡和棱鏡制作的光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)示意
圖； 圖5實(shí)施例二帶平面玻璃管的光學(xué)探頭結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:
1、單模光纖，2、自聚焦透鏡，4、反射棱鏡，13、單模光纖部分，23、梯度折射率透鏡部分，33、反射棱鏡部分，43、匯聚光束，51、石英玻璃保護(hù)層，55、傾斜反射面。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1為一般的心血管OCT探頭，I是單模光纖，2是自聚焦透鏡，4是反射棱鏡，自聚焦透鏡2的兩個(gè)平面分別于單模光纖I和反射棱鏡4粘接或熔接，這兩個(gè)平面產(chǎn)生的反射光就會造成干涉環(huán)。平面的反射光可以通過以下公式計(jì)算:
R(n = (111-散3” AaI +113)3⑴
式中: 為平面反射率，在光纖和自聚焦透鏡端面熔接或粘接處，!^為1.4681 (光纖纖芯折射率)，h為自聚焦透鏡折射率，^ =1.55。在自聚焦透鏡與反射棱鏡端面粘接處或熔接處，由于反射棱鏡一般為無芯光纖制成，因此折射率與單模光纖相同11I =1.4681。從上式可以看出，兩個(gè)折射率越接近反射率越低，因此要盡可能的將兩個(gè)折射率匹配。因此兩個(gè)反射面反射光強(qiáng)基本相當(dāng)。計(jì)算回波損耗的公式如下:
RL1= IOlgR01(2)
通過計(jì)算可知，兩個(gè)面的反射回波損耗均為31dB，因此，兩個(gè)近距離相同反射強(qiáng)度的光會形成干涉，產(chǎn)生干涉環(huán)(即鬼影)。要解決這個(gè)問題，有以下三種辦法:
1、徹底消除這兩個(gè)反射面，就不會產(chǎn)生反射光。2、不消除反射面的情況下，增大連接面角度，大幅度降低反射光強(qiáng)度，使反射光弱到不能產(chǎn)生干涉。 當(dāng)斜面角度為8度時(shí)，回波損耗大于90dB，當(dāng)斜面角度為10度時(shí)，回波損耗大于100dB。3、不消除反射面也不增大反射面角度的情況下，將反射光的距離拉遠(yuǎn)，使得產(chǎn)生的干涉環(huán)超出圖像的顯示范圍。由于OCT圖像的成像深度一般為2_3mm，因此，只要是半徑大于5mm以外的圖像就不會顯示出來，干涉環(huán)的直徑公式為2nd+ λ /2，η為透鏡折射率，d為兩個(gè)反射面的間距。透鏡的折射率為1.55，只要2nd大于IOmm就不會在圖像上顯示出干涉環(huán)。而消除干涉環(huán)的成像的圖像如圖3所示。下面即針對上述提出來的既在不消除反射面也不增大反射面角度的情況下，將反射光的距離拉遠(yuǎn)，使得產(chǎn)生的干涉環(huán)超出圖像的顯示范圍的具體實(shí)施例。實(shí)施例一
參閱圖4所示，為本實(shí)施例提供一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，光學(xué)探頭包括直徑為125um的單模光纖部分13與一個(gè)周期長度為1.27P的梯度折射率透鏡部分23或梯度折射率光纖熔接或粘接，然后粘接一個(gè)反射棱鏡部分33，反射棱鏡部分33的反射角度是50°。本實(shí)施例中選擇的梯度折射率透鏡部分23直徑為250um，根號A為1.2975，1.27P周期的長度為6.15mm,反射棱鏡部分33的直徑為250um，長度為1mm。由于兩個(gè)傾斜反射面55之間的光程差為6.15X1.6=9.8mm，其匯聚光束43從傾斜反射面55出來，因此干涉環(huán)的半徑為9.8mm，超過了 oct系統(tǒng)的5mm半徑的顯示范圍，因此可以在圖像中消除干涉環(huán)。
實(shí)施例二
上述實(shí)施例一至四中的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭均可以在外增加石英玻璃保護(hù)層51,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。相對于現(xiàn)有技術(shù)來說，本發(fā)明的有益效果為:一方面在既不消除反射面也不增大反射面角度的情況下，將反射光的距離拉遠(yuǎn)，使得產(chǎn)生的干涉環(huán)超出圖像的顯示范圍，進(jìn)而使反射光弱到不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，另一方面可以同時(shí)滿足尺寸小于250um以及消除多次反射產(chǎn)生的干涉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。上述詳細(xì)描述僅是示范性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明所保護(hù)的范圍和精神的情況下，根據(jù)不同的實(shí)際 需要設(shè)計(jì)出的各種實(shí)施方式，皆應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭包括單模光纖部分(13)、梯度折射率透鏡部分(23)和反射棱鏡部分(33)，所述梯度折射率透鏡部分(23)黏貼于單模光纖部分(13) —端，所述反射棱鏡部分(33)黏貼于梯度折射率透鏡部分(23)一端，且所述梯度折射率透鏡部分(23)的光程大于5mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭的梯度折射率透鏡部分(23)和反射棱鏡部分(33)的直徑均為125um-250um。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭的梯度折射率透鏡部分(23)的長度大于4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭的梯度折射率透鏡部分(23)的長度大于4mm，且節(jié)距大于0.75P+NP，其中，N為整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭的反射棱鏡部分(33)的角度為42° -60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭的反射棱鏡部分(33)上還設(shè)鍍有全反射膜層，且所述全反射膜層為金屬膜層。
7.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特征在于:所述探頭外側(cè)還有直徑為250um-500um的石英玻璃保護(hù)層(51)，且所述光學(xué)相干斷層探頭的出光端面為平面。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種消除干涉環(huán)的超微型光學(xué)相干斷層成像探頭，所述探頭包括單模光纖部分、梯度折射率透鏡部分和反射棱鏡部分，所述梯度折射率透鏡部分黏貼于單模光纖部分一端，所述反射棱鏡部分黏貼于梯度折射率透鏡部分一端，且所述梯度折射率透鏡部分的光程大于5mm。本發(fā)明一方面在既不消除反射面也不增大反射面角度的情況下，將反射光的距離拉遠(yuǎn)，使得產(chǎn)生的干涉環(huán)超出圖像的顯示范圍，進(jìn)而使反射光弱到不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，另一方面可以同時(shí)滿足尺寸小于250um以及消除多次反射產(chǎn)生的干涉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號A61B5/00GK103239210SQ20131016426
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者米磊, 劉釗, 朱銳 申請人:深圳市中科微光醫(yī)療器械技術(shù)有限公司