專利名稱：用于在體光學活檢的譜域oct內窺成像裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學相干層析成像(OCT)技術，尤其涉及一種用于在體 光學活檢的譜域OCT內窺成像系統。
背景技術：
光學相干層析成像(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)是一種新 興的光學成像技術，相對于傳統的臨床成像手段來說，能實現對活體內部的組 織結構與生理功能進行非接觸、無損傷、高分辨率成像，是基礎醫(yī)學研究和臨床診斷應用的重要潛在工具，可用于眼科、皮膚、腫瘤等疾病的早期診斷r.。
快速成像技術一直是OCT技術的核心。時域OCT通過參考臂機械掃描或 其它光程掃描方式來獲取深度信息，成像速度受到一定限制?；诠鈻判涂焖?掃描光學延遲線， 一般只能達到1K的軸向掃描速度。在時域OCT中，盡管成 像探頭同時照明整個樣品的成像深度范圍，但只有樣品臂中與參考臂的光程差 小于光源相干長度的少部分后向散射光參與干涉成像，不同深度信息的提取必 須通過參考臂光程的改變來依次實現。目前，處于熱點研究中的譜域OCT通過 增加干涉光譜的并行探測維度來實現深度信息的即時提取，成像速度因而可以 極大地提高。譜域OCT中，所有成像深度范圍內的后向散射光都同時參與成像， 這種深度信息探測的并行性，根本解決了成像速度提高與分辨單元信號采集時 間下降之間的矛盾，能實現高速成像的同時不降低信噪比。
常規(guī)成像探頭中，成像深度和橫向分辨率是一對矛盾。時域OCT通常采用 動態(tài)聚焦的方法來解決這個問題，但在譜域OCT中，深度信息是基于干涉光譜 的并行探測快速提取的，無法采用動態(tài)聚焦。因此，目前的譜域OCT中，只能 在成像深度和橫向分辨率之間找權衡。OCT成像探頭能否小型化是實施在體內 窺診斷的前提條件，成像探頭只有滿足小型化要求，才能進入人體內腔，實施 在體光學活檢。但小型化帶來的問題卻是空間尺度嚴重受限，嚴重制約了可供 選擇的高質量成像方法。因此，研制有限尺度下的高質量成像探頭，是一大技 術難點。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像裝置， 譜域OCT通過干涉光譜的并行探測來實現深度信息的快速提取，無法采用
動態(tài)聚焦來保證整個成像深度范圍內的高橫向分辨率。因而在成像探頭中將軸 錐鏡和內部轉動的直角棱鏡或圓對稱分光鏡組合來實現大焦深及高橫向分辨的 圓周掃描成像，提出了兩種圓周掃描探頭的實施方法和相應的系統。 本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像裝置，包括光纖干涉儀、成像探頭、探測單元、圖像采集卡和計算機；光纖干涉儀的一端接成像探頭，由成像探頭 接收的光返回光纖干涉儀，產生的干涉信號進入探測單元，探測單元的探測信 號傳輸到圖像采集卡，圖像采集卡與計算機連接；所述的探測單元包括準直鏡、 衍射光柵、雙膠合消色差透鏡、快速線陣CCD。所述的成像探頭包括裝在透明護套內的軸錐鏡、直角棱鏡和微馬達；軸 錐鏡和直角棱鏡組合，微馬達帶動直角棱鏡旋轉，以實現圓周掃描成像。所述的光纖干涉儀包括寬帶光源、四個偏振控制器、隔離器、寬帶光纖 耦合器、準直鏡、色散補償器、中性濾光片和反射鏡；寬帶光源發(fā)出的低相干 光，依次經第一偏振控制器和隔離器后，接入寬帶光纖耦合器，分光后分別進 入參考臂和樣品臂，從參考臂光纖出來的光經第二偏振控制器、準直鏡、色散 補償器和中性濾光片后入射到反射鏡，從反射鏡返回的參考光再由原光路耦合 回參考臂的光纖，返回寬帶光纖耦合器，樣品臂的光經第三偏振控制器接入成 像探頭，成像探頭返回的光再由原光路耦合回樣品臂的光纖，在寬帶光纖耦合 器處與參考光匯合并發(fā)生干涉，產生的干涉信號經第四偏振控制器接入探測單 元，CCD探測到的信號經過圖像采集卡連接到計算機。方案二用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像裝置，包括光纖干涉儀、成像探頭、 探測單元、圖像采集卡和計算機；光纖干涉儀的一端接成像探頭，由成像探頭 接收的光返回光纖干涉儀，產生的干涉信號進入探測單元，探測單元的探測信 號傳輸到圖像采集卡，圖像采集卡與計算機連接；所述的探測單元包括準直鏡、 衍射光柵、雙膠合消色差透鏡、快速線陣CCD。所述的成像探頭包括裝在透明護套內的軸錐鏡、圓對稱分光鏡和微馬達; 軸錐鏡和圓對稱分光鏡組合，參考面設置在圓對稱分光鏡內部，微馬達帶動圓 對稱分光鏡旋轉，以實現圓周掃描成像。所述的光纖干涉儀包括寬帶光源、三個偏振控制器、隔離器和光纖環(huán)形 器；從寬帶光源出來的低相干光，經第一偏振控制器、隔離器入射到光纖環(huán)形
器，經第二偏振控制器接入成像探頭，從成像探頭返回的干涉光，回到光纖環(huán)形器后經第三偏振控制器接入探測單元，CCD探測到的信號經過圖像采集卡連接到計算機。與背景技術相比，本實用新型具有的有益效果是-1、 有效解決了譜域OCT中無法采用動態(tài)聚焦保證橫向分辨率的難題，在 成像探頭的設計上，基于內部轉動的直角棱鏡或圓對稱分光鏡與軸錐鏡的組合 來實現大焦深、高橫向分辨的圓周掃描成像技術，該技術不僅確保了軸錐鏡的 軸上點高質量成像，而且有效緩解了高成像質量與探頭有限尺度間的矛盾。2、 提出了兩種圓周掃描探頭的實施方法和相應的系統，結構簡單，實施性 好。如果將參考臂獨立出來可以通過色散補償器和中性濾光片來匹配兩個臂之 間的色散和光強，提高成像質量；如果將參考面設置在成像探頭內部，整個系 統的抗干擾能力增強，而且相對于非對稱的直角棱鏡來說，采用圓對稱分光鏡， 微電機的轉動將會更平穩(wěn)。3、 用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像系統，針對人體內腔表面以下 數毫米深度進行高分辨實時成像，可廣泛應用于口腔、喉、呼吸道、胃腸道、 尿道、生殖道和血管的內窺光學活檢和分析研究。包括常規(guī)活檢前的預篩選， 指導內鏡下的定位活檢，重要器官的無損活檢，實施治療過程的實時監(jiān)視與療 效跟蹤等，具有非常重要的現實意義。


圖1是本實用新型的譜域OCT內窺成像系統的框架示意圖； 圖2是本實用新型實施例1的系統結構原理示意圖； 圖3是本實用新型實施例2的系統結構原理示意圖。圖中1、光纖干涉儀，2、成像探頭，3、探測單元，4、圖像采集卡，5、 計算機，6、準直鏡，7、衍射光柵，8、雙膠合消色差透鏡，9、快速線陣CCD， 10、寬帶光源，11、偏振控制器，12、隔離器，13、寬帶光纖耦合器，14、準 直鏡，15、色散補償器，16、中性濾光片，17、反射鏡，18、軸錐鏡，19、直 角棱鏡，20、微馬達，21、透明護套，22、光纖環(huán)形器，23、圓對稱分光鏡， 24、參考面。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。圖1所示為譜域OCT內窺成像系統的框架，包括光纖干涉儀1、成像探頭 2、探測單元3、圖像采集卡4和計算機5。光纖干涉儀1的一端接成像探頭2，
實現內窺的圓周掃描，由成像探頭2接收的光返回光纖干涉儀1，產生的干涉信 號進入另一端的探測單元3，探測信號快速傳輸到圖像采集卡4，然后由計算機 5進行后續(xù)處理和圖像重建與顯示。作為實施例1，圖2所示為譜域OCT內窺成像系統的一種組成結構，包括 寬帶光源IO、四個偏振控制器ll、隔離器12、寬帶光纖耦合器13、準直鏡14、 色散補償器15、中性濾光片16、反射鏡17、軸錐鏡18、直角棱鏡19、微馬達 20、透明護套21、準直鏡6、衍射光柵7、雙膠合消色差透鏡8、快速線陣CCD 9。如圖2所示，寬帶光源10發(fā)出的低相干光，經第一偏振控制器和隔離器12 后，進入寬帶光纖耦合器13，分光后分別經第二和第三偏振控制器進入參考臂 和樣品臂，從參考臂光纖出來的光經準直鏡14準直后，通過色散補償器15和 中性濾光片16后入射到反射鏡17上，色散補償器15和中性濾光片16的作用 分別是為了匹配兩個臂之間的色散和光強，以確保最佳成像質量，從反射鏡17 返回的參考光再由原光路耦合回參考臂的光纖，返回寬帶光纖耦合器13，樣品 臂的光被引入成像探頭2 (外部有透明護套21)，光纖端面涂覆有環(huán)氧樹脂，從 光纖端面出來的光經軸錐鏡18匯聚后入射到直角棱鏡19上，直角棱鏡19的斜 面將光90度反射到側面而照射到內腔組織上，微馬達20帶動直角棱鏡19旋轉 對內腔進行圓周掃描，從內腔組織返回的光再由原光路耦合回樣品臂的光纖， 在寬帶光纖耦合器13處與參考光匯合并發(fā)生干涉，產生的干涉信號經第四偏振 控制器進入探測單元3，從光纖出來的光經準直鏡6后入射到衍射光柵7，經衍 射分光后不同波長的光再通過雙膠合消色差透鏡8聚焦在快速線陣CCD 9的不 同像素上，被快速線陣CCD9探測。作為實施例2，圖3所示為譜域OCT內窺成像系統的另一種組成結構，包 括寬帶光源IO、三個偏振控制器ll、隔離器12、光纖環(huán)行器22、軸錐鏡18、 圓對稱分光鏡23 (內置參考面24)、微馬達20、透明護套21、準直鏡6、衍射 光柵7、雙膠合消色差透鏡8、快速線陣CCD9。如圖3所示，寬帶光源10發(fā)出的低相干光，經第一偏振控制器和隔離器12 后，進入光纖環(huán)行器22，后經第二偏振控制器進入成像探頭2 (外部有透明護 套)，光纖端面涂覆有環(huán)氧樹脂，從光纖端面出來的光經軸錐鏡18匯聚后入射 到圓對稱分光鏡23上， 一部分光被90度反射到側面而照射到內腔組織上，另 一部分光透射后入射到參考面24上，微馬達20帶動圓對稱分光鏡23旋轉對內 腔進行圓周掃描，從內腔組織返回的光與從參考面24返回的光在圓對稱分光鏡
23處匯合并發(fā)生干涉，產生的干涉光再經軸錐鏡18耦合回光纖，返回光纖環(huán)行 器22后經第三偏振控制器進入探測單元3，從光纖出來的光經準直鏡6后入射 到衍射光柵7，經衍射分光后不同波長的光再通過雙膠合消色差透鏡8聚焦在快 速線陣CCD 9的不同像素上，被快速線陣CCD 9探測。本實施例將參考面24設計在成像探頭內部，因而光的干涉發(fā)生在成像探頭內部，整個系統的抗干擾 能力增強。在成像探頭中采用軸錐鏡18和圓對稱分光鏡23來實現圓周成像。 盡管較實施例1中的直角棱鏡19來說載荷增大了，但相對于非對稱的直角棱鏡 19來說，微電機20的轉動將會更平穩(wěn)。同時采用光纖環(huán)行器22替代寬帶光纖 耦合器13，提高了光的傳輸效率。系統中偏振控制器11的作用是便于調整各個通道的偏振模式，以將偏振模 色散的影響降到最低，提高成像質量。有關軸錐鏡18可實現大焦深高橫向分辨的具體情況請參考Zhihua Ding, Hongwu Ren, Yonghua Zhao等人的論文High-resolution optical coherence tomography over a large depth range with an axicon lens, Optics Letters, 27(4)， 243-245， 2002.由快速線陣CCD 9探測到的信號經過圖像采集卡4接到計算機5，計算機5 通過內插處理和逆傅立葉變換得到內腔組織的深度信息，同時由成像探頭的圓 周掃描得到內腔組織另一維度的信息，由此重建出二維圖像。本實用新型公開的用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像系統，可體內、 原位實現內腔組織的超高分辨的結構層析成像，可以分辨上皮細胞層中與腫瘤 病變有關的細胞和結構形態(tài)的變化，可實現諸多疾病尤其是腫瘤等重大疾病的 定期篩查、早期診斷和早期治療，在許多場合都極具醫(yī)學價值。
權利要求1、 用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像裝置，包括光纖干涉儀(l)、成 像探頭(2)、探測單元(3)、圖像釆集卡(4)和計算機(5);光纖干涉儀(l)的一端接成 像探頭(2)，由成像探頭(2)接收的光返回光纖干涉儀(1)，產生的干涉信號進入探 測單元(3)，探測單元(3)的探測信號傳輸到圖像采集卡(4)，圖像采集卡(4)與計算 機(5)連接；所述的探測單元(3)包括準直鏡(6)、衍射光柵(7)、雙膠合消色差透鏡 (8)、快速線陣CCD(9);其特征在于所述的成像探頭(2):包括裝在透明護套(21)內的軸錐鏡(18)、直角棱鏡(19) 和微馬達(20);軸錐鏡(18)和直角棱鏡(19)組合，微馬達(20)帶動直角棱鏡(19)旋 轉，以實現圓周掃描成像，所述的光纖干涉儀(l):包括寬帶光源(IO)、四個偏振控制器(ll)、隔離器(12)、 寬帶光纖耦合器(13)、準直鏡(14)、色散補償器(15)、中性濾光片(16)和反射鏡 (17);寬帶光源(10)發(fā)出的低相干光，依次經第一偏振控制器和隔離器(12)后， 接入寬帶光纖耦合器(13)，分光后分別進入參考臂和樣品臂，從參考臂光纖出來 的光經第二偏振控制器、準直鏡(14)、色散補償器(15)和中性濾光片(16)后入射 到反射鏡(17)，從反射鏡(17)返回的參考光再由原光路耦合回參考臂的光纖，返 回寬帶光纖耦合器(13)，樣品臂的光經第三偏振控制器接入成像探頭(2)，成像探 頭(2)返回的光再由原光路耦合回樣品臂的光纖，在寬帶光纖耦合器(13)處與參考 光匯合并發(fā)生干涉，產生的干涉信號經第四偏振控制器接入探測單元(3)， CCD 探測到的信號經過圖像采集卡(4)連接到計算機(5)。
2、 用于在體光學活檢的譜域OCT內窺成像裝置，包括光纖干涉儀(l)、成 像探頭(2)、探測單元(3)、圖像采集卡(4)和計算機(5);光纖干涉儀(l)的一端接成 像探頭(2)，由成像探頭(2)接收的光返回光纖干涉儀(1)，產生的干涉信號進入探 測單元(3)，探測單元(3)的探測信號傳輸到圖像采集卡(4)，圖像采集卡(4)與計算 機(5)連接；所述的探測單元(3)包括準直鏡(6)、衍射光柵(7)、雙膠合消色差透鏡 (8)、快速線陣CCD(9);其特征在于所述的成像探頭(2):包括裝在透明護套(21)內的軸錐鏡(18)、圓對稱分光鏡 (23)和微馬達(20);軸錐鏡(18)和圓對稱分光鏡(23)組合，參考面(24)設置在圓對 稱分光鏡(23)內部，微馬達(20)帶動圓對稱分光鏡(23)旋轉，以實現圓周掃描成 像，所述的光纖干涉儀(l):包括寬帶光源(IO)、三個偏振控制器(ll)、隔離器(12) 和光纖環(huán)形器(22);從寬帶光源(10)出來的低相干光，經第一偏振控制器、隔離 器(12)入射到光纖環(huán)形器(22)，經第二偏振控制器接入成像探頭(2)，從成像探頭 (2)返回的干涉光，回到光纖環(huán)形器(22)后經第三偏振控制器接入探測單元(3)， CCD探測到的信號經過圖像采集卡(4)連接到計算機(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種用于在體光學活檢的譜域OCT(光學相干層析)內窺成像裝置。包括光纖干涉儀、成像探頭、探測單元、圖像采集卡與計算機。為了提高成像速度，探測單元采用光柵光譜儀，深度信息是基于干涉光譜的并行探測快速提取的，無法采用動態(tài)聚焦來保證橫向分辨率。因而在成像探頭中將軸錐鏡和內部轉動的直角棱鏡或圓對稱分光鏡組合來保證整個成像深度范圍內的高橫向分辨率，并實現圓周掃描的內窺成像。不僅提出了兩種圓周掃描探頭的實施方法，還給出了相應的系統結構。本實用新型可廣泛應用于口腔、喉、呼吸道、胃腸道、尿道、生殖道和血管的內窺光學活檢和分析研究。
文檔編號A61B5/00GK201019719SQ20072010755
公開日2008年2月13日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2007年3月29日
發(fā)明者丁志華, 彤 吳, 婕 孟, 瑛 朱, 凱 王 申請人:浙江大學