组合式光学相干层析成像与压力测量的系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种组合式OCT和压力传感器系统，包括光缆，该光缆具有单模纤芯和多模纤芯。该光缆的远端具有一个OCT光学成像传感器，能插入生物活体的管腔中。从单模纤芯远端出射的第一束光照射管腔的内部。OCT光学成像传感器获取关于管腔内部的图像信息，并把携带图像信息的光信号从单模纤芯的远端传输至单模纤芯的近端。在OCT光学成像传感器附近安装的光学压力传感器接收来自光缆远端的第二束光，感测管腔内部的环境压力并将指示环境压力的光信号从多模纤芯的远端传输至多模纤芯的近端。

【技术实现步骤摘要】
组合式光学相干层析成像与压力测量的系统与方法
本专利技术涉及组合式血管内压力测量和成像的系统，更具体地，组合式血管内压力测量和光学相干层析成像（OCT）成像系统，此系统使用多芯光纤分别传输图像信号和压力信号。
技术介绍
在血管疾病的医疗领域，尤其是治疗血管内狭窄病变或者其他类型的部分或全部堵塞时，确定流过血管狭窄病变区域的血流量能帮助医生评估阻塞的严重程度和选择合理的治疗方案。血流储备分数（FFR）和光学相干层析成像（OCT）是两种普遍使用的评估血流的技术。FFR是一种重要的测量血管内狭窄生理功能的技术。FFR涉及精确测量血管狭窄处上下游的血压，然后计算下游血压和上游血压的比值。这种血压测量是通过向血管内插入压力传感器，沿管腔移动传感器至狭窄区域一处下游位置和一处上游位置，以及在两处位置测量压力。FFR压力传感器可以包括电子压力传感器或者光学压力传感器。它们通过相对应地导电线和光纤连接至控制电路。近年来，光学压力传感器已被使用，相比于电子传感器，光学传感器提高了性能，准确度，漂移和易用性等指标。典型的光学压力传感器能反射光，并根据传感器的环境压力调制被反射的光。尽管FFR仪器能使用单模光纤或者多模光纤连接光学压力传感器，市面上典型的单功能FFR仪器使用多模光纤，这是因为多模光纤的纤芯更大，有助于光信号采集以及压力探头的准直和生产。然而，在血管腔里的压力传感器以及它的导线或者这光纤插入血管管腔时会部分阻塞管腔，从而影响血压的测量。幸运的是，血管腔的几何结构信息，例如内径，可以用来修正血压测量的误差。OCT是一种重要的结构成像技术，能够提供这种几何信息。OCT可以用来对血管内部成像，尤其是用来测量管腔的尺寸。OCT是通过向血管内插入一个OCT探头，绕着一个纵轴旋转探头，沿此轴在管腔内移动探头，从而实现对血管内部的光学成像（通过光栅式扫描）。单模光纤被用作连接OCT探头和病人体外OCT引擎的信号通道。这个单模光纤能传导用来照亮血管内壁的光，也能往OCT引擎传回图像信号。如上所述，OCT可以用来测量血管腔的大小。此外，OCT也能检测支架的植入情况和提供其他有用的临床信息。虽然市面上有分别的OCT仪器和FFR仪器，一些现有技术提供了OCT和FFR组合系统。一个紧凑的组合系统里，OCT探头和FFR探头共用单一条光纤纤芯。然而，OCT涉及相干成像，它通常需要用单模光纤。不幸的是，单模光纤的纤芯直径非常小，其数值孔径经常也小。因此，单模光纤只能收集小部分从FFR压力传感器反射的光。这导致低信噪比（SNR），同时在探头生产过程中需要非常精细且昂贵的对准步骤。有鉴于此，OCT和FFR组合系统需要改良性能和降低制造成本。克里斯托弗.彼得罗夫等人（ChristopherPetroff等，“Petroff”）在美国专利出版号为2014/0094697的专利里描述了当前用于处理狭窄病变和其他全部或部分阻塞的血管的设备和方法。约瑟夫M施密特等人（JosephM.Schmitt等，“Schmitt”）在美国专利号为8,478,384的专利中描述了一种结合OCT和压力测量的探头，并提供了关于OCT的基本信息。维基百科中的光学相干层析成像词条（en.wikipedia.org/wiki/Optical_coherence_tomography，“Wikipedia”）提供了额外的OCT的背景信息。陈新等人（音译，XinChen等，“Chen”）在美国专利出版号为US2010/0021114的专利里描述了一种双包层光纤，能用于例如内窥镜。李明军（音译，Ming-JunLi等，“Li”）在美国专利出版号US2011/0205349的专利里描述了一种三包层光纤，能用于与内窥镜。吉泽荣等人（日本人名，SakaeYoshizawa等，“Yoshizawa”)在美国专利号为5，077，815的专利里描述了将单模光纤连接到多模光纤的光学设备。在激光物理和技术百科全书（EncyclopediaofLaserPhysicsandTechnology）中关于“multi-corefibers”，“fiber-opticsensors”和“modes”的文献中中，R.Paschotta（“Paschotta”）分别描述了多芯光纤，光纤传感器和光传播模式。出于所有目的，特此引用Petroff，Schmitt，Wikipedia，Chen，Li，Yoshizawa和Paschotta的全部文献内容作为参考。
技术实现思路
本专利技术提供了一种组合式医疗传感器系统。该组合式医疗传感器系统包括光缆，OCT光学成像传感器和光学压力传感器。该光缆包括单模载光区域（纤芯）与多模载光区域（纤芯）。多模载光区域不是最外包层。单模载光区域从光缆的近端延伸至光缆的远端。类似地，多模载光区域从光缆的近端延伸至光缆的远端。OCT成像光学传感器连接到所述光缆的远端。OCT成像光学传感器被配置为能插入活体的内腔中。OCT成像光学传感器被配置为能接收从单模载光区域远端出射的第一束光。OCT成像光学传感器被配置为使用这第一束光照射管腔的内部。OCT成像光学传感器被配置为获取关于管腔内部的图像信息。OCT光学成像传感器还被配置为从单模载光区域远端入射一个携带图像信息的光信号，并传播到单模载光区域的近端。光学压力传感器能连接到OCT光学成像传感器上。光学压力传感器被配置为接收从光缆远端传输过来的第二束光。光学压力传感器被配置为检测管腔内部的环境压力。光学压力传感器还被配置为能从多模载光区域远端入射一个指示环境压力的光信号，并传播到多模载光区域的近端。在任意实施例中，单模载光区域可具有第一折射率。多模载光区域可具有第二折射率。光缆可含有一层位于多模载光区域的径向外侧的包层，该包层具有第三折射率。第二折射率可小于第一折射率。第三折射率可小于第二折射率。在任意实施例中，单模载光区域可具有第一折射率。多模式载光区域可具有第二折射率。光缆可含有位于多模载光区域的径向外侧的第一包层，该第一包层具有第三折射率。所述光缆可含有第二包层，所述第二包层在单模载光区域和多模载光区域之间，并且具有第四折射率。第三折射率可小于第二折射率。第四折射率可小于第一折射率和小于第二折射率。在任意实施例中，光缆可被配置使得在约400nm和约1700nm之间的波长范围内，单模载光区域与多模载光区域之间的光学隔离至少为20dB。在任意实施例中，光缆可被配置使得在约400nm和约1700nm之间的波长范围内，单模载光区域与多模载光区域之间的光学隔离至少为40dB。在任意实施例中，压力传感器可被配置从而接收从单模载光区域的远端出射的第二束光。在任意实施例中，组合式医疗传感器系统还能包括分光器，该分光器通过光学方法耦合到单模载光区域的远端。所述分光器可被配置从而分流从单模载光区域远端出射的光束，被分流的光束分别进入OCT光学成像传感器和压力传感器。在任意实施例中，组合式医疗传感器系统还能包括鞘管，该鞘管有一个外径。OCT光学成像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合式医疗传感器系统，其特征在于，包括：/n一根光缆，包括：一个单模载光区域从光缆的近端延伸到光缆的远端，和除最外层包层之外的一个多模载光区域，从所述光缆的近端延伸至光缆的远端；/n一个附着在光缆远端的OCT光学成像传感器，具有如下的配置：能够插入生物活体的管腔内，接收从单模载光区域远端出射的第一束光，用第一束光照亮管腔的内部，获取有关管腔内部的图像信息，并且将承载图像信息的光信号从单模载光区域的远端传输到单模载光区域的近端；以及/n一个附着在OCT光学成像传感器附近的光学压力传感器，具有如下配置：从光缆的远端接收第二束光，感测管腔内的环境压力，并且把指示环境压力的光学信号从多模载光区域的远端传输到多模载光区域的近端。/n

【技术特征摘要】
20190326 US 16/364,5971.一种组合式医疗传感器系统，其特征在于，包括：
一根光缆，包括：一个单模载光区域从光缆的近端延伸到光缆的远端，和除最外层包层之外的一个多模载光区域，从所述光缆的近端延伸至光缆的远端；
一个附着在光缆远端的OCT光学成像传感器，具有如下的配置：能够插入生物活体的管腔内，接收从单模载光区域远端出射的第一束光，用第一束光照亮管腔的内部，获取有关管腔内部的图像信息，并且将承载图像信息的光信号从单模载光区域的远端传输到单模载光区域的近端；以及
一个附着在OCT光学成像传感器附近的光学压力传感器，具有如下配置：从光缆的远端接收第二束光，感测管腔内的环境压力，并且把指示环境压力的光学信号从多模载光区域的远端传输到多模载光区域的近端。


2.根据权利要求1所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于：
所述单模载光区域具有第一折射率；
所述多模载光区域具有第二折射率；
光缆中多模载光区域的径向外侧具有一层包层并具有第三折射率；
所述第二折射率小于所述第一折射率；以及
所述第三折射率小于所述第二折射率。


3.根据权利要求1所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于：
所述单模载光区域具有第一折射率；
所述多模载光区域具有第二折射率；
所述光缆在多模载光区域的径向外侧具有第一包层，并且具有第三折射率；
所述光缆在单模载光区域和多模载光区域之间具有第二包层，并且具有第四折射率；
所述第三折射率小于所述第二折射率；以及所述第四折射率小于所述第一折射率，也小于所述第二折射率。


4.根据权利要求1所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于，光缆被配置从而能让单模载光区域与多模载光区域的光具有至少20分贝的光学隔离，隔离的波长在约400纳米和约1700纳米之间。


5.根据权利要求1所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于，光缆被配置从而能让单模载光区域于多模载光区域的光具有至少40分贝的光学隔离，隔离的波长在约400纳米和约1700纳米之间。


6.根据权利要求1所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于，压力传感器被配置为接受从单模载光区域远端出射的第二束光。


7.根据权利要求6所述的组合式医疗传感器系统还包括分光器，所述分光器光学耦合至单模载光区域的远端，并且被配置从而把从单模载光区域远端出射的光分开至：OCT光学成像传感器和压力传感器。


8.根据权利要求7所述的组合式医疗传感器系统还包括鞘管，其中，所述OCT光学成像传感器，所述光学压力传感器和所述光缆都置于所述鞘管内；所述鞘管具有一个外径，分光器与压力传感器最远的反射表面之间的距离小于所述鞘管外径的一半。


9.根据权利要求7所述的组合式医疗传感器系统，其中所述分光器具有反射镜面，所述反射镜面被配置为：将从所述单模载光区域远端出射的第一部分反射至OCT光学成像传感器，所述第一部分光小于全部出射光，将从所述单模载光区域远端出射的第二部分透过反射镜面传输至压力传感器，所述第二部分光小于全部光。


10.根据权利要求9所述的组合式医疗传感器系统，其中，所述反射镜面的整个工作表面能均匀一致地部分反光。


11.根据权利要求9所述的组合式医疗传感器系统，其特征在于：
所述反射镜的工作表面被划分成第一区域和第二区域；
所述第一区域具有第一反射率和第一透射率，其中所述第一反射率大于所述第一透射率，所述第一区域能把从单模载光区域远端出射的第一部分光基本上全部反射至OCT光学成像传感器，以及所述第二区域具有小于第一反射率的第二反射率和大于第一透射率的第二透射率，其中，所述第二区域能把从单模载光区域远端出射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨阳，康维，
申请(专利权)人：科特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US