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)：
近紅外漫射光檢測技術(shù)具有安全、可靠、連續(xù)、實時及無損的特點，在組織體研究中具有較高的應用價值。該技術(shù)利用特定波長的光照射到組織體表面，可探測到組織體表下數(shù)厘米，檢測組織出射光的分布情況，并根據(jù)檢測結(jié)果重構(gòu)出被檢體的光學特性參數(shù) (吸收系數(shù)μ 3和約化散射系數(shù)μ ‘ s)，從而達到病變的分級以及監(jiān)測癌變組織對治療的反應的目的。根據(jù)人體宮頸的形狀，醫(yī)學診斷中通常使用內(nèi)窺探頭對宮頸進行檢測，由美國俄克拉荷馬大學的樸大慶教授領(lǐng)導的研究組，使用的探頭外殼內(nèi)固定了 8根源光纖和8根探測光纖，源光纖發(fā)出的光照射到錐形鏡上，使光束在行進方向彎折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， 并導入到探測光纖。其不足為第一，光纖使用量多，造價高；第二，由于探頭尺寸較小，探頭外窗的個數(shù)有限，即當源光纖照射一點時，最多有8個固定探測點，有效探測區(qū)域有限， 無法實現(xiàn)靈活探測。之前天津大學也設計過一種內(nèi)窺探頭，即天津大學梁菊蘭碩士論文《內(nèi)窺式近紅外光頻域檢測系統(tǒng)及實驗研究》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，保證所有源點和探測點處于同一圓周上，利用光開關(guān)對源光纖進行分時選擇，但只能實現(xiàn)單點檢測，而且不能實現(xiàn)圓周掃描，同時，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，檢測得到的正向參數(shù)必然與所模擬的數(shù)據(jù)存在偏差，導致檢測結(jié)果不準確。

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光纖即可實現(xiàn)多點激勵多點檢測的無盲點圓周掃描，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、實心管、源光纖、探測光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進電機、同步輪和同步帶和步進電機，在實心管和中空管上分別設置有凹槽，源光纖固定在實心管的凹槽內(nèi)，探測光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實心管和中空管之間設置有小軸承，中空管和軸承座之間設置有大軸承，軸承座固定在底板上；實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步進電機通過同步帶驅(qū)動。作為優(yōu)選實施方式，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直的格林透鏡，透鏡的遠端被處理成 45°斜面，光纖包層用于保護纖芯，固定套用于對格林透鏡和光纖頂部的連接處的固定和保護。所述的探測光纖包括光纖包層、固定套以及纖芯，探測光纖材質(zhì)為多模光纖，探測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置一塊擋板，作為探測光纖的機械零點；在實心管和底板之間之間各設置一塊擋板，作為源光纖的機械零點。實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，其余位置均比實心管短。中空管外部設置有外套，外套固定在軸承座上，其頂端為流線型。本發(fā)明特點為全自動檢測，由計算機控制兩光纖不同角度的旋轉(zhuǎn)，以設定源光纖照射位點以及探測光纖探測位點，即可實現(xiàn)宮頸癌前病變探測。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現(xiàn)多點激勵多點檢測的圓周掃描，減少了光纖數(shù)目，降低了探頭制作成本，同時源光纖和探測光纖可以分別以任意角度旋轉(zhuǎn)照射和探測，相比現(xiàn)有探頭，該探頭掃描更加方便靈活。(2)實現(xiàn)垂直入射和垂直接收，使測量更加準確。對光纖頂端進行了處理，使用了合適的光學系統(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，使測量更加準確。(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調(diào)節(jié)式。(4)全自動化控制。該探頭在有效探測區(qū)內(nèi)由計算機控制進行檢測，減少人為干擾因素，精度高，提高了儀器的可靠性及運行效率。(5)探頭外套“固定化”的設計理念。在探測過程中，外套不動，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。在臨床實驗中，可以在該裝置上加一個薄的一次性的醫(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為探頭頭部細節(jié)圖。其中1為實心管，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.實心管擋板14中空管凹槽15實心管凹槽
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明宮頸癌檢測的內(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，源光纖和探測光纖。其特征在于實心管1外壁凹槽固定源光纖，中空管3外壁凹槽固定探測光纖，實心導管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固定探測光纖，實心管凹槽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，對中空管 3的頂端進行了機械處理，中空管的凹槽14從中空管3的端部伸出，伸出長度大概為5mm。 中空管3和軸承座5通過大軸承4連接，中空管后端與軸承座5固定。在探測過程中，外套不動。軸承座5和步進電機均通過螺絲與底板(圖中未畫出)進行固定，兩個步進電機分別帶動中空管和實心管的轉(zhuǎn)動，使源光纖和探測光纖實現(xiàn)彼此獨立轉(zhuǎn)動。實心管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，用于實心導管后端固定同步輪6，小同步輪6與大同步輪7分別通過同步帶與步進電機連接，從而帶動兩光纖轉(zhuǎn)動。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直，透鏡遠端被處理成45°斜面，使光線出射光纖時偏折90°，聚焦于宮頸內(nèi)壁上，光纖包層8起到保護纖芯的作用，格林透鏡10經(jīng)過特殊處理與光纖頂端連接，同時利用固定套9對連接處起到固定保護的作用。探測光纖內(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。 探測光纖材質(zhì)為多模光纖，相比于源光纖，探測光纖頂端的纖芯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于源光纖大，有利于對漫發(fā)射光的收集，提高光收集效率。實心管1和中空管3及軸承2用過盈方式固定，兩光纖與管外壁用強力膠固定。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。選擇探測光纖固定于中空管3外壁的凹槽，易于探測經(jīng)組織微弱的漫反射光。源光纖固定于實心管1外壁，源光纖與組織距離越近，探測效果越好，因此實心管直徑應盡量大，在軸承尺寸的約束下，實心管直徑定為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，探測過程中，外套不動，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，在臨床實驗中，可以在該裝置上加一個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利用。在探測過程中，探頭外套不動，兩個步進電機分別通過同步帶傳動來帶動中空管和實心管的轉(zhuǎn)動，使源光纖和探測光纖實現(xiàn)彼此獨立轉(zhuǎn)動。實驗中，源光纖與激光器相連， 將近紅外光照射到組織體，探測光纖用于探測經(jīng)組織后的漫反射光，之后進入PMT中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，該探測過程由計算機設定源光纖照射點以及探測光纖探測點，實現(xiàn)多點激勵多點檢測的圓周掃描，進而實現(xiàn)宮頸癌前病變探測。步進電機的控制是通過Iabview編程實現(xiàn)的，首先編寫程序通過串口對步進電機控制器發(fā)送指令，之后控制器輸出指令通過驅(qū)動器將指令轉(zhuǎn)化為步進電機可識別的脈沖，從而實現(xiàn)對源光纖和探測光纖的旋轉(zhuǎn)控制。機械零點的建立方法為在中空管和底板以及實心管和底板之間分別凸出一小塊擋板12和13，作為探頭的機械零點，這樣可以精確的定位源光纖和探測光纖的位置，減少了人為因素的干擾，同時在機械零點處安裝行程開關(guān)，利用行程開關(guān)控制板和步進電機控制器相連，當兩管分別到達機械零點時，行程開關(guān)閉合，此時行程開關(guān)控制板給步進電機控制器發(fā)送指令，使控制器停止輸出脈沖，從而使步進電機自動停止工作，避免了機械零點對步進電機的損害，實現(xiàn)了智能化控制。上述實施例僅為本發(fā)明較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，凡依本發(fā)明形狀、結(jié)構(gòu)、原理所做的等效變化，均應涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之內(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、實心管、源光纖、探測光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進電機、同步輪和同步帶和步進電機，在實心管和中空管上分別設置有凹槽，源光纖固定在實心管的凹槽內(nèi)，探測光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實心管和中空管之間設置有小軸承，中空管和軸承座之間設置有大軸承，軸承座固定在底板上；實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步進電機通過同步帶驅(qū)動。
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直的格林透鏡，透鏡的遠端被處理成45°斜面，光纖包層用于保護纖芯，固定套用于對格林透鏡和光纖頂部的連接處的固定和保護。
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，所述的探測光纖包括光纖包層、固定套以及纖芯，探測光纖材質(zhì)為多模光纖，探測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置一塊擋板，作為探測光纖的機械零點；在實心管和底板之間之間各設置一塊擋板，作為源光纖的機械零點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說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，其余位置均比實心管短。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說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、實心管、源光纖、探測光纖、小軸承、大軸承、大同步輪、小同步輪、步進電機、同步輪和同步帶和步進電機，在實心管和中空管上分別設置有凹槽，源光纖固定在實心管的凹槽內(nèi)，探測光纖固定在中空管的凹槽內(nèi)，在實心管和中空管之間設置有小軸承，中空管和軸承座之間設置有大軸承；實心管的后端延伸到空心管的外部，在實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步進電機通過同步帶驅(qū)動。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)探頭源光纖和探測光纖可以分別以任意角度旋轉(zhuǎn)照射和探測，掃描方便靈活，成本較低。
文檔編號A61B5/00GK102551677SQ20121005677
公開日2012年7月11日 申請日期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, 趙會娟, 高峰 申請人:天津大學