一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置和方法。可通过一束组合多芯光纤同时实现两种功能，一种是空间形状感知，本发明专利技术的外层螺旋光栅光纤束可以通过光纤变形检测出光纤的曲率和挠率，再根据空间曲线重构算法进行空间形状的重建。另一种是三维成像，传统的内窥镜成像通常只能进行二维成像，而本发明专利技术借助计算成像技术，根据接收到的衍射图像通过迭代计算直接恢复目标组织相位信息，并且通过波前反衍技术，可以对目标组织实现三维成像。同时将不同时刻空间信息与成像信息进行数据融合，达到可视化表达。达到可视化表达。达到可视化表达。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置和方法


[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置和方法。

技术介绍

[0002]随着医疗检测技术的进步，医护工作者可以借助各种先进仪器为患者进行检测，精确诊断病症，提前阻断病情发展以减轻患者各种症状。但是由于食道，肠道等部位包含气体、食物残留物等，不能使用体外成像方法，导致医护工作者必须使用医疗工具借助人体自然通道实现体内成像。内窥镜便是一种常用的医疗仪器，它可以借助人体自然通道，使得医护工作者直接观察到患者体内组织以及病变情况。
[0003]而内窥镜在进给过程中很可能由于人体自然通道壁的影响，从而产生缠绕或者扭曲，这样不但会导致内窥镜检查部位错位，同时会增加患者的不适感。为检测内窥镜在人体内的形状，同时获取内窥镜在进给过程中在不同时刻不同位置的状态，有效判断病变位置，常用方法是将光纤集成进内窥镜管道中，由光纤进行形状传感从而获取内窥镜形态。这样无疑增大的内窥镜管道的直径，对患者影响较大。
[0004]同时内窥镜通常只能进行二维成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置，其特征在于，所述装置包括：光源模块、光纤扇入扇出模块、组合多芯光纤探头模块、形状传感模块、成像模块以及数据处理模块；其中，光源模块，为光纤输送光信号，同时为成像提供照明光；光纤扇入扇出模块，用于整合不同模块的光纤使之聚合为一束，同时连接形状传感模块和成像模块；组合多芯光纤模块，主要分为两部分，其中一部分通过光纤扇入扇出模块与形状传感模块相连，用于形状感知；另一部分通过光纤扇入扇出模块与成像模块相连，用于三维成像；形状传感模块，包含光栅解调仪，通过光纤扇入扇出模块和多芯光纤模块的外层螺旋光纤连接，将接收到的中心波长漂移量转化为应变；成像模块，包含CCD相机，通过光纤扇入扇出模块和多芯光纤模块直光纤束的接收光纤连接，将接收经过多芯光纤调制的衍射图像；数据处理模块，包含计算机，将形状传感模块检测到的应变转换为三维形状，以实现空间形状感知的目标；将成像模块接收的衍射图像进行定量相位恢复，以达到目标组织成像的目的；同时将不同时刻光纤位置与三维成像进行数据融合，以达到实时可视化表达的目的。2.根据权利要求1所述的基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像装置，其特征在于，所述组合多芯光纤包括两部分，第一部分由外层多根螺旋光纤和中心一根独立光纤组成，该部分光纤内刻有光栅，外层螺旋光纤用于应变及空间感知，中心独立光纤用于温度以及应变补偿；第二部分为包裹中心独立光纤的两层直光纤束，无光栅刻写，其中一层为发射光纤用于发射照明光，另一层为接收光纤用于接收目标组织物反射回的物光。3.一种基于多芯光纤的空间形状感知及三维成像方法，其特征在于，具体实施步骤如下：步骤1：光源模块作为光纤稳定的信号来源和照明光，光纤扇入扇出模块将所设计的多功能组合光纤进行整合；光信号穿过整个组合多芯光纤探头模块，同时照射目标组织；步骤2：当光纤发生弯曲扭转时，光纤会发生形变，外层螺旋光栅光纤的光栅栅距会发生相应的变化，导致经光栅反射的信号其中心波长发生漂移，而波长变化量会被形状传感模块的光栅解调仪探测到；步骤3：通过中心波长漂移量计算光纤应变，中心波长漂移量Δλ与应变ε之间有如下关系：其中P
e
是与光纤材料有关的光弹性系数，λ是光栅光纤的中心波长；由于组合多芯光纤模块中心的独立光栅光纤在弯曲过程中不发生形变，同时被包裹在光纤束中间也受温度影响较小，所以作为应变和温度的补偿，从而消除环境影响和系统误差；步骤4：通过光纤应变量计算光纤曲率；光纤应变与其曲率κ(s)之间也存在着定量关系，有如下表达：
上式中ε
i
为第i根光纤的轴向应变，r
i
是第i根光纤到光纤中心的距离，在本发明中光纤围绕光纤中心均匀排布，所以r
i

【专利技术属性】
技术研发人员：林星羽，陈相艳，于瀛洁，魏庆永，柴璇煜，应志军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：