具有自動充放氣設(shè)備的oct內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種OCT內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)，特別是具有自動充放氣設(shè)備的OCT 內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)相干斷層成像（Optical Coherence Tomography，簡稱0CT)，已廣泛應(yīng)用在眼 科診斷領(lǐng)域，這項技術(shù)是建立在光學(xué)、電子學(xué)以及計算機技術(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。傳統(tǒng)光學(xué)探頭的核心技術(shù)大多采 用光纖束進行光傳導(dǎo)并進行成像，或者采用CCD技術(shù)進行成像，此類內(nèi)窺探頭僅能探測組 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。目前也有通過超聲原理進行醫(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，對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OCT分支技 術(shù)，其核心目標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，為人體內(nèi)部臟器 管腔提供高分辨率OCT圖像。這項技術(shù)極大的擴展了 OCT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，使得OCT檢查 對象已經(jīng)涉及到各種消化道管腔，大消化道管腔（如食道，直腸），小消化道管腔（如膽道） 等。
[0005] 目前，在對病人食道、膽道、腸道等進行光學(xué)相干斷層掃描時，醫(yī)生對于進入人體 內(nèi)的球囊需進行手動充氣和手動放氣的操作。它的局限性在于，充氣精度無法準確控制，充 氣放氣速度慢，醫(yī)生手動操作存在誤差，無過壓保護等。因此迫切需要一種能夠解決現(xiàn)有技 術(shù)局限性，滿足實際醫(yī)療工作的新技術(shù)。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的之一是提供一種自動充放氣設(shè)備在OCT內(nèi)窺掃描成像系統(tǒng)中 的應(yīng)用，所述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)行機構(gòu)、球囊導(dǎo)管、OCT微探頭，以及自動充放氣設(shè) 備，所述自動充放氣設(shè)備包括：控制和顯示模塊、氣泵、充放氣電磁閥、壓力傳感器、防爆壓 力傳感器、機械壓力開關(guān)。所述自動充放氣設(shè)備實現(xiàn)了自動充氣和吸氣，且具有設(shè)定不同氣 壓參數(shù)的功能，可對不同規(guī)格的球囊進行充放氣，設(shè)備在給球囊充氣過程中達到設(shè)定的氣 壓值后停止充氣，且具有過壓保護功能。
[0007] 本實用新型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)行機構(gòu)、球囊導(dǎo)管、 OCT微探頭、以及所述自動充放氣設(shè)備，其中：
[0008] 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)信號與后續(xù)光路隔離，防止后續(xù)光路返回的光學(xué)信號干擾激光器 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)主要由兩個光纖耦合器、兩個光 纖環(huán)形器以及兩個光纖偏振控制器組成，其中第一個光纖耦合器一般采用非對稱式光纖 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光纖環(huán)形 器以收集從兩個臂反射或散射回的光學(xué)信號；第二個光纖耦合器可采用對稱式2X2光纖 耦合器（即分光比為50/50)以產(chǎn)生光學(xué)干涉信號并降低直流共模信號，光纖偏振控制器 被對稱的放置在參考臂與樣品臂中，用于調(diào)整兩個臂的偏振狀態(tài)以獲得最佳的光學(xué)干涉信 號。邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)則由一個對稱式2X2光纖耦合器、一個光纖環(huán)形器以及兩個光學(xué) 偏振控制器組成，掃頻激光首先經(jīng)過光纖環(huán)形器后在進入光纖耦合器，從參考臂與樣品臂 反射或散射回的光學(xué)信號在經(jīng)過同一個光纖耦合器產(chǎn)生干涉信號，光纖偏振控制器被對稱 的放置在參考臂與樣品臂中，用于調(diào)整兩個臂的偏振狀態(tài)以獲得最佳的光學(xué)干涉信號。馬 赫一曾德爾干涉儀（MZI)的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)對稱、色散管理簡單、探測靈敏度高。邁克爾遜 (Michelson)干涉儀的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、且不會引入偏正模色散（PMD)，兩者的共同之處 在于兩個臂中間的光程差決定了發(fā)生光學(xué)時鐘的自由光譜區(qū)（FSR)，也最終決定了 OCT圖 像的最大成像深度；探測器模塊可采用高速平衡光電探測器，主要用于將從干涉模塊輸出 的干涉光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號；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)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電學(xué)信號，并將數(shù)字信號提供給數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)字信號處理；所 述數(shù)據(jù)處理模塊是具有數(shù)字信號處理能力的芯片（如CPU，GPGPU、DSP、FPGA等），主要用于 對原始信號進行處理并轉(zhuǎn)化為最終的圖像信號；所述圖像顯示模塊主要用于顯示圖像信號 并負責(zé)圖像的后處理以及測量工作；所述執(zhí)行機構(gòu)由光纖旋轉(zhuǎn)連接器、電機以及電動平移 臺組成，執(zhí)行機構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動OCT微探頭進行旋轉(zhuǎn)掃描，同時電動平移臺驅(qū)動執(zhí)行 機構(gòu)往某一方向移動，這時軟件將獲取到的旋轉(zhuǎn)掃描數(shù)據(jù)及平移臺移動數(shù)據(jù)進行重建，即 產(chǎn)生3D圖像；所述OCT微探頭主要用于進入人體內(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；所述球囊導(dǎo)管用于擴張人體內(nèi)部臟器管道，消除皺褶并將OCT 微探頭穩(wěn)定于球囊中心；所述自動充放氣設(shè)備主要用于擴張球囊導(dǎo)管。通過在OCT內(nèi)窺掃 描成像系統(tǒng)中使用自動充放氣設(shè)備，其可實現(xiàn)的效果在于：首先，免去了醫(yī)生對球囊手動充 放氣的操作，縮短了醫(yī)生充放氣的時間，并提高了安全性，避免了球囊過充爆炸的風(fēng)險；其 次，精確的氣壓控制使球囊充氣后的形狀一致性得到保證，由于光學(xué)成像對于球囊撐起的 被掃描物體的形狀敏感，這就對同一個被掃描對象進行多次掃描的重復(fù)性較好，醫(yī)生可對 于掃描后的圖像數(shù)據(jù)進行比對；再次，在緊急情況處理時，可實現(xiàn)自動放氣的同時醫(yī)生做其 他的操作。
[0009] 優(yōu)選地，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準接頭，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單模光纖，降低 了探頭旋轉(zhuǎn)時的阻力，使所述OCT微探頭整體掃描更平穩(wěn)順暢，所述光纖標準接頭帶有支 撐不銹鋼管，此不銹鋼管在OCT微探頭進行掃描時起支撐作用，使整個探頭旋轉(zhuǎn)掃描時更 加平穩(wěn)。所述單模光纖的另一端為斜面，與同樣也為斜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信號光的干擾，可以通過改變玻璃棒與單模光纖的膠合距離來改 變OCT微探頭的工作距離以達到所要求的預(yù)期工作距離。所述玻璃棒的另一端與所述自 聚焦透鏡以0°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 時這一設(shè)計也極大的減短了自聚焦透鏡的長度，保證了微探頭的過彎性，使得整個微探頭 可以通過內(nèi)鏡鉗道與導(dǎo)管一起直接進入人體食道。所述自聚焦透鏡與所述玻璃棒膠合，其 中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)面的反射光對信號光的影響，提高了 OCT微探頭的靈敏度。所述單 模光纖與玻璃棒的膠合斜面的角度為4° -12°。所述反射鏡的反射面