一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具制造技术

本发明专利技术提供的是一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：它由具有环形波导的安德森局域光纤、照明光源、手术光源、光纤波分复用器、光纤侧抛耦合器、相机系统组成。所述组成中：(1)照明光源和手术光源的光波经过光纤波分复用器和光纤侧抛耦合器后输入具有环形波导的安德森局域光纤的环形芯内传输；(2)环形波导内传输的照明光束提供血管内照明，具有环形波导的安德森局域光纤的安德森局域光波导通道将血管内图像信息收集并传输至相机系统探测，寻找病变区域；(3)环形波导内传输的手术光束去除血管内病变区域。本发明专利技术可用于血管内肿瘤或血栓等病变区域的成像及手术，在心血管疾病的治疗领域有广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具(一)
本专利技术涉及的是一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，属于医疗器械
(二)
技术介绍
目前，动脉插管技术已经非常成熟。该技术在临床影像医学引导下，通过经皮穿刺血管途径或人体原有的孔道，将特制的导管、导丝等细微器械插至病变部位进行诊断性造影和治疗。该技术方法操作简单、损伤小、无需缝合血管，完全替代了以往手术切开暴露血管的方法，成为现代介入治疗的基本操作技术，在肿瘤的供血栓塞与药物灌注、动脉内照射、放射性损伤的预防、化疗等方面取得了良好的效果。但是由于治疗受限于治疗方法的局限性，很少有能将光引入血管及体内。肿瘤光动力疗法与手术、化疗等常规治疗手段相比，具有创伤小、毒性低微、靶向性好、适用性好的诸多优点。但是光照方式局限于体表或较粗的空孔道，这很大程度上限制了其在医学领域的应用。公开号为201611234625.X的专利提出了一种血管光纤导丝，该光纤导丝可进入人体的动脉血管内，将光引入血管内病变位置进行光动力治疗。但是其结构简单，功能单一，无法对血管内进行成像。对于传统的显微成像技术来说，深入活体器官或者组织内部获取图像信息极其困难。虽然人们已经利用光纤成像系统易于小型化和可任意弯折的特性初步解决了此类成像技术难题，但是传统的光纤成像系统仍然面临诸多瓶颈。这些问题主要集中在以下几点：1.对宽带光源的兼容性差；2.成像单元体积巨大、结构复杂；3.成像质量低、成像速度慢；4.鲁棒性差。光纤成像系统性能的局限性主要源于传统光纤的物理特性以及图像重建技术的缺陷。JianZhao等人提出了基于深度学习与安德森局域光纤的新一代光纤成像系统(ZhaoJ,SunY,ZhuZ,etal.DeepLearningImagingthroughFully-FlexibleGlass-AirDisorderedFiber[J].ACSPhotonics,2018.)。这套系统结构简单、成本低廉、鲁棒性极高。该光纤成像系统可以在非相关宽带光源下以20Hz高速实时传输无缺陷细胞图像。并且，系统在机械弯折扰动以及温度剧烈变化下仍然可以保持高速高质量的细胞图像传输。其无透镜状态下可以使成像深度延伸至4mm附近。上述的成像系统虽然可用于细胞的成像传输，但是其需要另外的照明光源，并不适用于血管以及体内的成像。本专利技术提出一种血管内插入式柔性光纤手术工具，该光纤能够轻易插入血管内部，具有照明光束传输通道和图像传输通道，通过深度学习的解调方法，对血管内进行成像，方便准确寻找并定位病变区域。然后通过激光照射消融，对血管内的血栓、肿瘤等病变区域进行治疗，以满足生物、医疗等领域的诊断和治疗需求。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，可用于血管内肿瘤或血栓等病变区域的成像及手术，在心血管疾病的治疗领域有广泛应用。本专利技术的目的是这样实现的：一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，它由具有环形波导的安德森局域光纤、照明光源、手术光源、光纤波分复用器、光纤侧抛耦合器、相机系统组成。所述系统中：(1)照明光源和手术光源的光波由单模光纤引出，经过光纤波分复用器和光纤侧抛耦合器输入具有环形波导的安德森局域光纤的环形芯内传输；(2)照明光束提供血管内照明，具有环形波导的安德森局域光纤的安德森局域光波导通道将血管内图像收集并传输至相机系统探测，寻找病变区域；(3)手术光束去除血管内病变区域。安德森局域光纤是指光纤横向无序折射率结构能够对光波产生强的横向散射，导致光波被横向局域约束，并沿在纵向自由传播。因此，这些光纤表现出大芯径光纤的多模传输特性，并且绝大多数模式具有高度局域化的特点。这一特性使它们成为图像传输应用的理想选择。如图1所示，本专利技术中所述的具有环形波导的安德森局域光纤1包含环形的纤芯波导通道1-1和安德森局域光波导通道1-2，两通道同轴分布。优选地，所述的具有环形波导的安德森局域光纤是石英玻璃的，环形芯波导为锗掺杂的纤芯，安德森局域光波导通道是石英和空气孔随机分布组成的具有安德森局域效应的波导。优选地，组成安德森局域光波导通道随机分布的空气孔的总面积占整个通道的面积比例为25％～50％，空气孔的直径在0.1λ～10λ随机分布，λ为传输光波长。可选地，所述的具有环形波导的安德森局域光纤也可以是透明有机材料的，环形芯波导为PS(聚苯乙烯)材料，包层材料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材料，安德森局域光波导通道是PS材料和PMMA材料随机分布组成的具有安德森局域效应的波导。同样的，所述的有机材料的安德森局域光波导通道也可以稳定传输光纤横向限制安德森局域模式，可用于图像传输。为了不破坏中间的安德森局域光波导通道的结构，保证图像传输的稳定性和质量，如图2所示，所述的光纤侧抛耦合器是将单模光纤2和具有环形波导的安德森局域光纤1分别侧抛后，贴合侧抛面，让单模光纤和具有环形波导的安德森局域光纤的环形芯光路耦合，将单模光纤2的输入光3耦合进安德森局域光纤1的环形芯中传输，安德森局域波导1-2用于图像信息4的传输。优选地，所述的具有环形波导的安德森局域光纤的探头端有锥台结构5，能聚焦环形芯内传输的光束，如图3所示，该结构通过光纤端精密研磨技术制备得到。由于环形芯内传输的是照明光束和手术光束两种光束3，对于荧光激发的照明光束来说，聚焦效果能增强荧光的激发强度，从而保证光纤中间的安德森局域光波导通道收到足够的荧光信号，保证成像效果。对于手术激光而言，聚焦的光束有更强的能量密度和更小的光斑面积，使病区消融去除手术更加精确。可选地，所述的照明光源是非相干宽带光源，安德森局域光波导通道传输血管内组织包含图像信息的散射光。可选地，可先使用荧光染料对血管内病变组织进行荧光染色，此时，所述的照明光源可以是病变组织处荧光激发光源，安德森局域光波导通道传输荧光图像，为了排除激发光对成像效果的影响，相机系统装有激发光滤光片。优选地，所述的手术光源是病变组织强吸收波段的脉冲激光光源，能够消融血管内的病变区域，例如血栓或肿瘤。所述的相机系统在探测到安德森局域光波导传回的包含图像信息的散射光后，通过深度学习算法对包含图像信息的散射光进行解调，得到图像。本专利技术具有以下显著优势：(1)系统结构简单、成本低廉，鲁棒性极高。(2)使用安德森具有光波导传输图像，使光纤在机械弯折扰动以及温度剧烈变化下仍然可以保持高速高质量的图像传输。(3)系统独特的环形波导通道结合光纤端的锥台聚焦结构，能够实现血管内的照明和消融手术，做到了将照明、成像、手术的功能全部集中在同一根光纤内的目的，不但能对血管内的病变区域进行成像诊断，还能在激光消融手术的同时实现实时监控，保证手术质量。(4)由于将诸多的功能集成在一根光纤内，整个光纤的直径纤细，尤其适合纤细的血管内的疾病诊断和治疗。(四)附图说明图1是具有环形波导的安德森局域光纤1，包含环形纤芯波导1-1和安德森局域波导1-2。图2是光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：它由具有环形波导的安德森局域光纤、照明光源、手术光源、光纤波分复用器、光纤侧抛耦合器、相机系统组成；所述系统中：(1)照明光源和手术光源的光波经过光纤波分复用器和光纤侧抛耦合器后输入具有环形波导的安德森局域光纤的环形芯内传输；(2)环形波导内传输的照明光束提供血管内照明，具有环形波导的安德森局域光纤的安德森局域光波导通道将血管内图像收集并传输至相机系统探测，寻找病变区域；(3)环形波导内传输的手术光束去除血管内病变区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：它由具有环形波导的安德森局域光纤、照明光源、手术光源、光纤波分复用器、光纤侧抛耦合器、相机系统组成；所述系统中：(1)照明光源和手术光源的光波经过光纤波分复用器和光纤侧抛耦合器后输入具有环形波导的安德森局域光纤的环形芯内传输；(2)环形波导内传输的照明光束提供血管内照明，具有环形波导的安德森局域光纤的安德森局域光波导通道将血管内图像收集并传输至相机系统探测，寻找病变区域；(3)环形波导内传输的手术光束去除血管内病变区域。


2.根据权利要求1所述的一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：所述的具有环形波导的安德森局域光纤包含环形的纤芯波导通道和安德森局域光波导通道，两通道同轴分布。


3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：所述的具有环形波导的安德森局域光纤是石英玻璃的，环形芯波导为锗掺杂的纤芯，安德森局域光波导通道是石英和空气孔随机分布组成的具有安德森局域效应的波导。


4.根据权利要求1-2任意一项所述的一种血管内插入式可视化柔性光纤手术工具，其特征是：所述的具有环形波导的安德森局域光纤是透明有机材料的，环形芯波导为聚苯乙烯，包层材料为聚甲基丙烯酸甲酯，安德森局域光波导通道是聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯随机分布组成的具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑立波，杨世泰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45