一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头制造技术

本发明专利技术公开了一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，包括依次设置的单模光纤段，多模光纤段，玻璃或空气间隔段，渐变折射率透镜和环形相位片，各部件用光学胶水粘合；所述多模光纤段用于激发高阶模态，经渐变折射率透镜会聚后将各模态的光束聚焦到光轴上的不同焦点位置，实现焦深的扩展；所述环形相位片通过延迟相位来实现一次测量中获得三个干涉信号，使其中两个的相位共轭，再通过色散补偿算法即可消除色散相位。本发明专利技术的大景深消色散的光学相干层析成像内窥探头，基于多模光纤和环形相位片的设计，可同时扩展焦深和消除色散。散。散。

【技术实现步骤摘要】
一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头


[0001]本专利技术涉及光学相干层析成像的
，尤其是涉及一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头。

技术介绍

[0002]光学相干层析成像术(Optical coherence tomography,OCT)是一种基于迈克尔逊干涉的差分探测技术，可获取高分辨的断层图像，包括扫频OCT、偏振OCT、全场OCT等不同的形式。
[0003]OCT内窥也是其中重要的分支之一，在医学临床领域具有广泛应用的前景，如心血管、消化系统、脑部神经科和妇科腔体组织等。OCT内窥镜用于血管介入手术时，需经动脉进入人体，在X
‑
ray血管显影图像的引导下定位冠状动脉待测位置，再注射2
‑
3秒的生理盐水，将待测位置处的血液移除视场，同时，在该时间段内OCT内窥镜沿血管方向进行5
‑
10cm的螺旋扫描，可实时获取冠状动脉壁微结构信息。OCT内窥镜也可监测喉内壁的上皮微结构、气道形状和大小信息，分析诊断异型增生，喉癌和阻塞性睡眠呼吸暂停等疾病。此外，在食管、肠胃、女性的腔体疾病诊断中也发挥着重要作用。
[0004]腔体组织病变的发展始于表皮以下，早期的病变引起的生物组织形态变化较小，而传统OCT系统具有10微米左右的分辨率，无法清晰的观察到精细结构。为提高横纵分辨率，理论上可通过选用超带宽的光源和大数值孔径的物镜来实现。
[0005]然而，光束的带宽越大，则其经过光学元件后产生的色散就越严重，从而使得实际成像的纵向分辨率大大降低。另一方面，物镜的数值孔径越大，则其高横向分辨率被局限的深度范围就越小，导致实际成像中其它深度区域的重建结果模糊。
[0006]有基于此，我们设计了一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术旨在提供一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，补偿由于多波长光束引起的色散问题，及解决横向分辨率与焦深的矛盾问题，以同时实现先大景深和消色散的目的。
[0008]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现：
[0009]一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，包括单模光纤段、多模光纤段、玻璃或空气间隔段、渐变折射率透镜和环形相位片；所述单模光纤段将来自激光器的准基模光束传导至多模光纤段，光束在多模光纤段中传输时，高阶模态光场可被激发，从其输出端出射的多种模式分布的光束在玻璃或空气间隔段以一定的发散角继续传输，再经渐变折射率透镜聚焦，聚焦后的光束的中心区域部分直接会聚到光轴上，而环形区域部分的光束经环形相位片后会聚到光轴上，两区域的会聚光斑沿轴分离。
[0010]通过采用上述的技术方案，聚焦多模光纤的高阶模场至不同的焦点位置，扩展成像景深；基于环形相位片对光束的相位延迟，实现一次重建获取三幅图像，使其中两幅形成
共轭线性相位后，通过色散补偿算法可实现色散补偿；大景深消色散的光学相干层析成像内窥探头，在腔体组织的早期病变方面具有临床应用价值。
[0011]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述单模光纤段可传导的光束波长范围为可见光至远红外。
[0012]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述多模光纤段的长度在cm量级，其模场直径在几十微米量级，可传导光束的波长范围从可见光至远红外，且光束传导过程中可激发出两种以上的高阶模态。
[0013]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述玻璃或空气间隔段的长度在mm量级，其外径不大于渐变折射率透镜的外径，同时，在传导光束过程中不改变光场模式。
[0014]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述渐变折射率透镜聚焦多模态光束，将不同模态的光束会聚至光轴的不同位置，扩大焦深，且可传导可见光至远红外的光束。
[0015]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述环形相位片位于渐变折射率透镜的出射端面，中心区域中空使该区域的光束直接聚焦到焦点，而经过环形相位片的光束产生一定的相位延迟，其聚焦位置与直接聚焦的位置有平移。
[0016]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述经环形相位片的光束会产生相位延迟，光束经光学相干层析成像内窥探头入射到样品时会产生相位延迟，光束从样品反射后再返回到光学相干层析成像内窥探头，会产生第二次相位延迟；返回光束可存在三种相位状态，分别对应于直接从环形相位片中空区域会聚后，再经该中空区域返回到内窥探头的光束；直接从环形相位片中空区域会聚，但经环形区域返回的光束；经环形区域会聚和返回的光束。
[0017]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述返回光束具有三种相位延迟，使得单次光学相干层析成像获取了三个具有不同相位延迟的干涉信号，可以表达为
[0018][0019]其中，k
i
为入射到i像元上光束的波数，s指像元面积，
△
k表示像元所接收光束对应的带宽，(x,y)和(x',y')分别是像元面和物面，z是深度方向的坐标，S(k)为光源的光功率谱密度，而r
R
和r
S
(x',y',z)分别为参考镜反射率和样品某一位置的反射率，n(x',y'；k)是样品折射率，φ0是初始相位差。
[0020]本专利技术进一步的技术方案设置为，所述单次成像可以获得三个干涉信号，重建这三个干涉信号就可以获得同一待测样品的三幅重建图像；通过调节参考臂使得参考光程向样品深度方向位移，直到三幅重建图像中任意两幅对应的干涉信号的线性相位共轭，将共轭相位相加后，再减去由环形相位片引入的相移量即可得到色散相位；共轭相位表示为：
[0021][0022][0023]其中，为初始相位，为系统色散相位，为样品引入相位，Δd是环
形相位片厚度。
[0024]本专利技术进一步的技术方案设置为，还包括有安装套管，所述多模光纤段、玻璃或空气间隔段、渐变折射率透镜和环形相位片位于所述安装套管内，所述单模光纤段从所述安装套管的一端穿出。
[0025]综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：
[0026]本专利技术中，聚焦多模光纤的高阶模场至不同的焦点位置，扩展成像景深；基于环形相位片对光束的相位延迟，实现一次重建获取三幅图像，使其中两幅形成共轭线性相位，通过色散补充算法可实现色散补偿；大景深消色散的光学相干层析成像内窥探头，在腔体组织的早期病变方面具有临床应用价值。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1中环形相位片延迟光束的示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例1中一次测量重建出的三幅图像的示意图；
[0031]图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：包括依次设置的单模光纤段(1)、多模光纤段(2)、玻璃或空气间隔段(3)、渐变折射率透镜(4)和环形相位片(5)；所述单模光纤段(1)将来自激光器的准基模光束传导至多模光纤段(2)，光束在多模光纤段(2)中传输时，高阶模态光场可被激发，从其输出端出射的多种模式分布的光束在玻璃或空气间隔段(3)以一定的发散角继续传输，再经渐变折射率透镜(4)聚焦，聚焦后的光束的中心区域部分直接会聚到光轴上，而环形区域部分的光束经环形相位片(5)后会聚到光轴上，两区域的会聚光斑沿轴分离。2.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述单模光纤段(1)可传导的光束波长范围为可见光至远红外。3.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述多模光纤段(2)的长度在cm量级，其模场直径在几十微米量级，可传导光束的波长范围从可见光至远红外，且光束传导过程中可激发出两种以上的高阶模态。4.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述玻璃或空气间隔段(3)的长度在mm量级，其外径不大于渐变折射率透镜(4)的外径，同时，在传导光束过程中不改变光场模式。5.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述渐变折射率透镜(4)聚焦多模态光束，将不同模态的光束会聚至光轴的不同位置，扩大焦深，且可传导可见光至远红外的光束。6.根据权利要求1所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述环形相位片(5)位于渐变折射率透镜(4)的出射端面，中心区域中空使该区域的光束直接聚焦到焦点，而经过环形相位片(5)的光束产生一定的相位延迟，其聚焦位置与直接聚焦的位置有平移。7.根据权利要求6所述的大景深微米分辨率光学相干层析成像内窥探头，其特征在于：所述经环形相位片(5)的光束会产生相位延迟，光...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海健康医学院，
类型：发明
国别省市：