一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺oct探針的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)窺光學(xué)相干層析成像領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針。
技術(shù)背景
[0002]光學(xué)相干層析成像(Optical coherence tomography，簡(jiǎn)稱OCT)是一種有力的生物醫(yī)學(xué)診斷方法，相比于其他常用的醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，如超聲成像，OCT具有更高的靈敏度與分辨率，可以對(duì)眼睛、皮膚等體外組織與器官進(jìn)行非侵入式尚分辨率實(shí)時(shí)在體成像。然而，OCT在生物組織中的成像深度十分有限，通常為2-3 _，這制約了其在更廣泛的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。小型化和緊湊化的內(nèi)窺探針可以在低侵入的條件下深入人體內(nèi)部組織，為OCT進(jìn)行人體內(nèi)部組織的高分辨率實(shí)時(shí)在體成像提供了可能。目前，將內(nèi)窺技術(shù)與OCT技術(shù)相結(jié)合的內(nèi)窺光學(xué)相干層析成像(Endoscopic optical coherence tomography，簡(jiǎn)稱E-OCT)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，在胃腸科，心臟科，婦科以及泌尿科等眾多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而如何設(shè)計(jì)與制作更加小型化和緊湊化的高性能內(nèi)窺OCT探針是E-OCT的關(guān)鍵問題。光纖-透鏡型內(nèi)窺OCT探針一直是內(nèi)窺OCT探針設(shè)計(jì)的主流方案，其主要由單模光纖，玻璃隔片以及微型聚焦光學(xué)元件(如格林透鏡與球透鏡)組成。這種設(shè)計(jì)受到微型聚焦光學(xué)元件尺寸的天然制約，直徑很難達(dá)到Imm以下；探針橫向分辨率由透鏡的數(shù)值孔徑?jīng)Q定，在數(shù)值孔徑不變的條件下，探針尺寸的減小意味著其工作距(定義為探針出光端面到探針聚焦點(diǎn)的距離)也會(huì)隨之減??；硬端長(zhǎng)度長(zhǎng)，一般在幾十到幾百毫米之間，并不適用于諸如心血管疾病的診斷與監(jiān)測(cè)等形態(tài)彎曲復(fù)雜，要求探針直徑小于1_的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。為解決這一問題，2011年，澳大利亞西澳大學(xué)的Dirk Lorenser等人提出由單模光纖、無芯光纖以及漸變折射率光纖組成的全光纖內(nèi)窺OCT探針設(shè)計(jì)方案并此基礎(chǔ)上加入了本質(zhì)上是一段漸變折射率光纖的相位掩模板，以犧牲一定的信噪比為代價(jià)拓展該探針的焦深。這一技術(shù)方案在一定程度上解決了內(nèi)窺OCT探針的小型化問題，但設(shè)計(jì)與制作均較為繁瑣且需要借助額外的光學(xué)元件以獲得足夠的有效成像范圍。
[0003]2013年，美國(guó)加州大學(xué)的陳忠平等人提出一種設(shè)計(jì)與制作更為簡(jiǎn)易的，直徑更小的(僅為125 μπι)由單模光纖、中等纖芯多模光纖以及大纖芯多模光纖組成的全光纖內(nèi)窺OCT探針設(shè)計(jì)方案；2015年，韓國(guó)國(guó)民大學(xué)的Sucbei Moon等人進(jìn)一步優(yōu)化了該方案，利用多段纖芯階梯式增加的多模光纖替代中等纖芯多模光纖，能夠在800 ym的成像范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)于30 μ m的橫向分辨率并通過化學(xué)蝕刻法減小探針直徑至85 μ m。然而，該多段階梯過渡式結(jié)構(gòu)增加了探針的硬端長(zhǎng)度，不利于彎曲的血管內(nèi)成像，同時(shí)引入額外的插入損耗，降低了內(nèi)窺OCT系統(tǒng)的成像靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針。
[0005]一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針，包括光學(xué)組件、傳動(dòng)組件以及保護(hù)套，光學(xué)組件由多段光纖熔接而成，各段光纖熔接處模場(chǎng)直徑相一致；光學(xué)組件除傳輸單模光纖以外固定于保護(hù)套內(nèi)部，光學(xué)組件與保護(hù)套之間的間隙采用光學(xué)膠進(jìn)行填充；傳動(dòng)組件帶動(dòng)傳輸單模光纖旋轉(zhuǎn)段旋轉(zhuǎn)，傳輸單模光纖旋轉(zhuǎn)段與傳輸單模光纖靜止段耦合；所述光學(xué)組件的出射光纖端面加工成特定角度的斜面，使得探測(cè)光經(jīng)過該斜面發(fā)生全內(nèi)反射；保護(hù)套的管壁開有窗口，探測(cè)光經(jīng)過光學(xué)組件之后由該窗口出射；
所述光學(xué)組件由傳輸單模光纖、過渡段拉錐光纖以及大纖芯多模光纖構(gòu)成；過渡段拉錐光纖由大纖芯多模光纖經(jīng)拉錐處理后得到，傳輸單模光纖與過渡段拉錐光纖、過渡段拉錐光纖與大纖芯多模光纖熔接處模場(chǎng)直徑匹配；其中，過渡段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為2.7mm，大纖芯多模光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為7 mm；
所述光學(xué)組件由傳輸單模光纖與非對(duì)稱雙拉錐光纖構(gòu)成；兩段非對(duì)稱的拉錐光纖均由大纖芯多模光纖經(jīng)拉錐處理后得到，傳輸單模光纖與拉錐光纖、拉錐光纖與拉錐光纖熔接處模場(chǎng)直徑匹配且第二段拉錐光纖出射端的模場(chǎng)直徑小于其入射端模場(chǎng)直徑，大于傳輸單模光纖的模場(chǎng)直徑；其中，第一段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為10 mm，第二段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為5 mm ；
所述傳動(dòng)組件包括直流電機(jī)，不銹鋼傳動(dòng)套管，光纖旋轉(zhuǎn)接頭以及齒輪，直流電機(jī)通過齒輪與包裹在不銹鋼傳動(dòng)套管中的傳輸單模光纖旋轉(zhuǎn)段相連接并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)；
所述保護(hù)套為不銹鋼，硅或者塑料材質(zhì)。
[0006]一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針，包括光學(xué)組件、傳動(dòng)組件以及保護(hù)套，光學(xué)組件由多段光纖熔接而成，各段光纖熔接處模場(chǎng)直徑相一致；光學(xué)組件除傳輸單模光纖以外固定于保護(hù)套內(nèi)部，光學(xué)組件與保護(hù)套之間的間隙采用光學(xué)膠進(jìn)行填充；所述傳動(dòng)組件包括直流電機(jī)，微型反射棱鏡以及固定圈，直流電機(jī)通過固定圈安裝在保護(hù)套的一端，微型反射棱鏡固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，光學(xué)組件出射的探測(cè)光束被微型反射棱鏡反射；保護(hù)套的管壁開有窗口，微型反射棱鏡反射的光由該窗口出射；
所述光學(xué)組件由傳輸單模光纖、過渡段拉錐光纖以及大纖芯多模光纖構(gòu)成；過渡段拉錐光纖由大纖芯多模光纖經(jīng)拉錐處理后得到，傳輸單模光纖與過渡段拉錐光纖、過渡段拉錐光纖與大纖芯多模光纖熔接處模場(chǎng)直徑匹配；其中，過渡段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為2.7mm，大纖芯多模光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為7 mm；
所述光學(xué)組件由傳輸單模光纖與非對(duì)稱雙拉錐光纖構(gòu)成；兩段非對(duì)稱的拉錐光纖均由大纖芯多模光纖經(jīng)拉錐處理后得到，傳輸單模光纖與拉錐光纖、拉錐光纖與拉錐光纖熔接處模場(chǎng)直徑匹配且第二段拉錐光纖出射端的模場(chǎng)直徑小于其入射端模場(chǎng)直徑，大于傳輸單模光纖的模場(chǎng)直徑；其中，第一段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為10 mm，第二段拉錐光纖的最優(yōu)長(zhǎng)度為5 mm ；
所述保護(hù)套為不銹鋼，硅或者塑料材質(zhì)。
[0007]光學(xué)組件的直徑可以控制在85-250 μm的范圍內(nèi)以滿足不同的成像要求。
[0008]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
1、與傳統(tǒng)的光纖-透鏡型內(nèi)窺OCT探針相比，本發(fā)明的全光纖內(nèi)窺OCT探針能夠?qū)崿F(xiàn)更小的直徑，且利用化學(xué)蝕刻法能夠進(jìn)一步減小，大大減輕了病人的痛苦，適用于對(duì)探針尺寸要求苛刻的生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，如心腦血管疾病的診斷與監(jiān)測(cè)等；同時(shí)，一體化的全光纖結(jié)構(gòu)改善了探針的機(jī)械性能，從而可以避免近端驅(qū)動(dòng)掃描成像時(shí)由摩擦力引起的非均勻旋轉(zhuǎn)失真。
[0009]2、與現(xiàn)有的全光纖內(nèi)窺OCT探針相比，本發(fā)明的內(nèi)窺OCT探針利用大纖芯多模光纖本身的低光束發(fā)散特性擴(kuò)大了探針的有效成像范圍而無需借助額外的光學(xué)聚焦元件；過渡段拉錐光纖避免了多段纖芯階梯式增大的過渡結(jié)構(gòu)中多段光纖之間由于模場(chǎng)直徑不匹配而引入的額外插入損耗，提高了探針的通光效率，且進(jìn)一步減小了硬端長(zhǎng)度，增加了探針的靈活性。
[0010]3、基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，利用拉錐，切割，熔接以及研磨工藝即可完成制作，成本較低，可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；且探針內(nèi)部元件之間無任何反射面，能夠基本消除光束在探針內(nèi)部各界面上的反射所造成的鬼像。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的基于拉錐結(jié)構(gòu)的全光纖內(nèi)窺OCT探針結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a是本發(fā)明的一種光學(xué)組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2b是本發(fā)明的一種光學(xué)組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的內(nèi)窺OCT探針近端驅(qū)動(dòng)側(cè)向環(huán)狀掃描模式示意圖；