[发明专利]基于单拉锥结构的全光纤内窥OCT探针

说明书

本发明公开了一种基于单拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括由多段光纤熔接而成的光学组件、传动组件以及保护套。所述光学组件有两种结构：一种由传输单模光纤、过渡段拉锥光纤与大纤芯多模光纤构成；另一种由传输单模光纤与非对称双拉锥光纤构成。拉锥光纤均由大纤芯多模光纤经拉锥而成，光学组件各段光纤熔接处模场直径一致。本发明的内窥OCT探针无需光学聚焦透镜，结构紧凑、传输效率高、焦深范围大，非常适合心脑血管的高质量OCT成像。

原申请号：201510467764.6原申请日：2015.07.31

原发明名称：一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针

技术领域

本发明属于内窥光学相干层析成像领域，具体涉及一种基于单拉锥结构的全光纤内窥OCT探针。

技术背景

光学相干层析成像(Optical coherence tomography，简称OCT)是一种有力的生物医学诊断方法，相比于其他常用的医学影像学方法，如超声成像，OCT具有更高的灵敏度与分辨率，可以对眼睛、皮肤等体外组织与器官进行非侵入式高分辨率实时在体成像。然而，OCT在生物组织中的成像深度十分有限，通常为2-3mm，这制约了其在更广泛的生物医学领域的应用。小型化和紧凑化的内窥探针可以在低侵入的条件下深入人体内部组织，为OCT进行人体内部组织的高分辨率实时在体成像提供了可能。目前，将内窥技术与OCT技术相结合的内窥光学相干层析成像(Endoscopic optical coherence tomography，简称E-OCT)已经成为一种趋势，在胃肠科，心脏科，妇科以及泌尿科等众多生物医学领域得到了广泛应用。而如何设计与制作更加小型化和紧凑化的高性能内窥OCT探针是E-OCT的关键问题。光纤-透镜型内窥OCT探针一直是内窥OCT探针设计的主流方案，其主要由单模光纤，玻璃隔片以及微型聚焦光学元件(如格林透镜与球透镜)组成。这种设计受到微型聚焦光学元件尺寸的天然制约，直径很难达到1mm以下；探针横向分辨率由透镜的数值孔径决定，在数值孔径不变的条件下，探针尺寸的减小意味着其工作距(定义为探针出光端面到探针聚焦点的距离)也会随之减小；硬端长度长，一般在几十到几百毫米之间，并不适用于诸如心血管疾病的诊断与监测等形态弯曲复杂，要求探针直径小于1mm的生物医学领域。为解决这一问题，2011年，澳大利亚西澳大学的Dirk Lorenser等人提出由单模光纤、无芯光纤以及渐变折射率光纤组成的全光纤内窥OCT探针设计方案并此基础上加入了本质上是一段渐变折射率光纤的相位掩模板，以牺牲一定的信噪比为代价拓展该探针的焦深。这一技术方案在一定程度上解决了内窥OCT探针的小型化问题，但设计与制作均较为繁琐且需要借助额外的光学元件以获得足够的有效成像范围。

2013年，美国加州大学的陈忠平等人提出一种设计与制作更为简易的，直径更小的(仅为125μm)由单模光纤、中等纤芯多模光纤以及大纤芯多模光纤组成的全光纤内窥OCT探针设计方案；2015年，韩国国民大学的Sucbei Moon等人进一步优化了该方案，利用多段纤芯阶梯式增加的多模光纤替代中等纤芯多模光纤，能够在800μm的成像范围内实现优于30μm的横向分辨率并通过化学蚀刻法减小探针直径至85μm。然而，该多段阶梯过渡式结构增加了探针的硬端长度，不利于弯曲的血管内成像，同时引入额外的插入损耗，降低了内窥OCT系统的成像灵敏度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针。

一种基于拉锥结构的全光纤内窥OCT探针，包括光学组件、传动组件以及保护套，光学组件由多段光纤熔接而成，各段光纤熔接处模场直径相一致；光学组件除传输单模光纤以外固定于保护套内部，光学组件与保护套之间的间隙采用光学胶进行填充；传动组件带动传输单模光纤旋转段旋转，传输单模光纤旋转段与传输单模光纤静止段耦合；所述光学组件的出射光纤端面加工成特定角度的斜面，使得探测光经过该斜面发生全内反射；保护套的管壁开有窗口，探测光经过光学组件之后由该窗口出射；