本發(fā)明是關(guān)于一種可連續(xù)變焦的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭，涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光學(xué)相干斷層成像(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)是最近十幾年來，發(fā)展迅速且具有廣泛應(yīng)用前景的新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。該技術(shù)通過OCT內(nèi)窺探頭，將激光導(dǎo)入人體內(nèi)部，聚焦入射到需要成像的部位，并通過收集背反射或背散射光進(jìn)行成像。

內(nèi)窺探頭還需提供OCT橫向掃描功能，得到樣品的斷面圖像。利用紅外低相干光，可以對(duì)生物組織進(jìn)行斷層掃描，非常適合對(duì)人體組織進(jìn)行輔助醫(yī)學(xué)檢測，用于對(duì)人體組織進(jìn)行高分辨、無損傷的斷層成像?，F(xiàn)有技術(shù)在內(nèi)窺OCT的研究中存在的一個(gè)普遍問題是高橫向分辨率限制了焦距深度，從而使得深度成像質(zhì)量下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焦點(diǎn)距離，對(duì)樣品進(jìn)行不同焦點(diǎn)深度成像的可連續(xù)變焦的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種可連續(xù)變焦的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭，包括有傳導(dǎo)光纜、微型電機(jī)和物鏡，該探頭還包括一設(shè)置在所述傳導(dǎo)光纖內(nèi)的形變記憶部件，所述形變記憶部件的一端與所述傳導(dǎo)光纖內(nèi)部固定，所述形變記憶部件的另一端固定連接所述微型電機(jī)的定子，所述微型電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定連接所述物鏡；所述形變記憶部件的還固定連接有若干銅導(dǎo)線，其中，正級(jí)銅導(dǎo)線和負(fù)極銅導(dǎo)線連接一外部電源并與所述形變記憶部件構(gòu)成變焦控制回路。

優(yōu)選地，該探頭還包括一由外管和內(nèi)管構(gòu)成的輔助針管，所述外管和內(nèi)管均與所述傳導(dǎo)光纖內(nèi)部固定，所述內(nèi)管依次穿過所述外管和形變記憶部件插入到所述微型電機(jī)的定子內(nèi)部，使得所述形變記憶部件發(fā)生形變的同時(shí)帶動(dòng)所述微型電機(jī)沿著所述內(nèi)管進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，且所述內(nèi)管不能與所述微型電機(jī)的轉(zhuǎn)子及物鏡相接觸。

優(yōu)選地，所述形變記憶部件由形變記憶合金或壓電陶瓷PZT材料制作而成。

優(yōu)選地，所述形變記憶部件制作成彈簧形狀、線狀、塊狀、片狀或柱狀。

優(yōu)選地，所述傳導(dǎo)光纖內(nèi)還固定設(shè)置有用于便于所述形變記憶部件對(duì)準(zhǔn)的固定件。

優(yōu)選地，所述固定件為環(huán)形墊片。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于在傳導(dǎo)光纖內(nèi)設(shè)置有形變記憶部件，形變記憶部件固定連接若干銅導(dǎo)線，其中，正級(jí)銅導(dǎo)線和負(fù)極銅導(dǎo)線連接外部電源并與形變記憶部件構(gòu)成變焦控制回路，外部電流信號(hào)控制形變記憶部件的伸縮形變改變傳導(dǎo)光纖出光端面與物鏡之間的距離，在高數(shù)值孔徑物鏡與中空微型電機(jī)結(jié)構(gòu)的輔助下，實(shí)現(xiàn)焦距的動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)樣品進(jìn)行不同焦點(diǎn)深度的成像，解決了在高分辨內(nèi)窺OCT成像中普遍的焦深制約問題。2、本發(fā)明通過銅導(dǎo)線將位移控制轉(zhuǎn)化為電流控制，以恒定電流控制整體探頭長度，從而調(diào)節(jié)光線與物鏡之間距離實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變焦，該方式操作簡便、易控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，調(diào)焦范圍大，可以廣泛運(yùn)用在內(nèi)窺領(lǐng)域使用的各種光學(xué)成像系統(tǒng)，例如OCT、共聚焦熒光、光聲效應(yīng)等成像系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中變焦架構(gòu)控制回路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中變焦架構(gòu)的作用示意圖，其中，圖(a)是焦距變長的動(dòng)作示意圖，圖(b)是焦距變短的動(dòng)作示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明提供的可連續(xù)變焦的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭與現(xiàn)有的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭結(jié)構(gòu)相同的是均包括有傳導(dǎo)光纜、中空微型電機(jī)、物鏡和用于為微型電機(jī)進(jìn)行供電的外部電源；與現(xiàn)有的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭結(jié)構(gòu)不同的是本發(fā)明還包括一設(shè)置在傳導(dǎo)光纖內(nèi)的形變記憶部件1，形變記憶部件1的外端部與傳導(dǎo)光纖內(nèi)部固定，形變記憶部件1的內(nèi)端部通過若干中空銅柱2固定連接微型電機(jī)的定子3，微型電機(jī)的轉(zhuǎn)子4固定連接物鏡5，形變記憶部件1還固定連接有若干銅導(dǎo)線6，如圖2所示，本實(shí)施例將與形變記憶部件1外端部固定連接的銅導(dǎo)線定義為正極銅導(dǎo)線，將與形變記憶部件1內(nèi)端部固定連接的銅導(dǎo)線定義為負(fù)極銅導(dǎo)線，正級(jí)銅導(dǎo)線和負(fù)極銅導(dǎo)線連接一外部電源并與形變記憶部件1構(gòu)成變焦控制回路，本發(fā)明通過外部電流信號(hào)控制形變記憶部件1的伸縮形變，通過形變記憶部件1的伸縮形變可以改變傳導(dǎo)光纖出光端面與物鏡5之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)焦距的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭還包括一輔助針管7，輔助針管7的外管71和內(nèi)管72均與傳導(dǎo)光纖固定，輔助針管7的內(nèi)管72依次穿過外管71和形變記憶部件1插入到微型電機(jī)的定子3內(nèi)部，使得形變記憶部件1發(fā)生形變的同時(shí)帶動(dòng)微型電機(jī)可以沿著輔助針管7的內(nèi)管72進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，用于對(duì)微型電機(jī)7運(yùn)動(dòng)進(jìn)行限位，避免微型電機(jī)在來回運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦傳導(dǎo)光纖。變焦操作過程中，輔助針管7的內(nèi)管72不能與微型電機(jī)的轉(zhuǎn)子4及物鏡5相碰撞，目的是為了避免破壞傳導(dǎo)光纖出光端面的鍍膜和傾角結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，形變記憶部件1可以采用形變記憶合金(Shape-memory Alloy，簡稱SMA)制作而成，形狀記憶合金是一種自加熱形狀記憶材料，向該材料通入電流信號(hào)后，材料自身會(huì)產(chǎn)生加熱效果從而產(chǎn)生形變，并且該形變可逆，以此為例，不限于此，形變記憶部件還可以采用其他材料制成的具有形變性質(zhì)的部件，例如采用微電陶瓷PMT材料制成的形變記憶部件。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，形變記憶部件1可以制作成彈簧形狀、線狀、塊狀或柱狀等各種形狀，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，在此不做限定。

在同一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，為了避免傳導(dǎo)光纖過多擺動(dòng)，傳導(dǎo)光纖內(nèi)還固定設(shè)置至少一個(gè)用于便于形變記憶部件1對(duì)準(zhǔn)的固定件，固定件可以采用套管或環(huán)形墊片8等，本實(shí)施例設(shè)置有兩個(gè)環(huán)形墊片8，以此為例，不限于此。

下面通過具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明可連續(xù)變焦的內(nèi)窺光學(xué)相干層析探頭的工作原理。

實(shí)施例1：

本實(shí)施的形變記憶部件1采用形變記憶合金絲，形變記憶合金絲的材料是SMA材料，SMA的形變溫度范圍可以從22至70攝氏度，最大形變量約4％，可設(shè)計(jì)回路結(jié)構(gòu)自行加熱，將溫度控制轉(zhuǎn)化為電流強(qiáng)度控制，表面絕緣絕熱，可以根據(jù)需要選擇SMA材料的外徑尺寸。如圖2所示，本實(shí)施例的形變記憶部件1采用SMA材料制成形變記憶彈簧，外部電源采用恒流源，精度為0.1mA。由于該形變記憶彈簧受熱形變具有遲滯的現(xiàn)象，其升溫與降溫過程所對(duì)應(yīng)曲線并不相同，通過實(shí)驗(yàn)可測量形變的具體參數(shù)，測量結(jié)果為：最大不確定度小于1.3％，響應(yīng)時(shí)間約為10s，兩根銅導(dǎo)線與形變記憶彈簧的外端焊接固定并定義為正級(jí)，另外兩根銅導(dǎo)線與形變記憶彈簧的內(nèi)端焊接固定并定義為負(fù)極，正、負(fù)兩級(jí)銅導(dǎo)線分別連接恒流源的兩端，整個(gè)構(gòu)成變焦控制回路，變焦控制回路的總電阻為2Ω至3Ω(由激光焊點(diǎn)質(zhì)量決定)，控制電流范圍為0至250mA。

在恒流源的激勵(lì)下，形變記憶彈簧中通入電流信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生加熱效果從而產(chǎn)生形變，如圖3(a)所示，當(dāng)向本發(fā)明中內(nèi)窺OCT探頭加上電流信號(hào)A時(shí)，形變記憶彈簧發(fā)熱收縮，形變記憶彈簧被壓縮，并通過微型電機(jī)帶物鏡收縮，焦距變長；當(dāng)向本發(fā)明內(nèi)窺OCT探頭加上電流信號(hào)A’，由于通入形變記憶彈簧中電流降低，形變記憶彈簧的恢復(fù)形變，并通過微型電機(jī)帶動(dòng)物鏡恢復(fù)原位，焦距變短。

本實(shí)施例所使用形變記憶彈簧的形變溫度范圍在20℃至55℃，探頭內(nèi)形變時(shí)間約為20s。本實(shí)施例可以在探頭不接觸樣品的前提下，利用形變記憶彈簧內(nèi)稟電阻快速升溫成像，成像速度最高可達(dá)106A-scan/s，而且自加熱形變記憶彈簧所需的電源電壓小于1V，對(duì)人體沒有危害，適用于臨床診斷。經(jīng)過測量可以證明，通過本發(fā)明可以在最大外加電壓不超過1V的前提下，以恒定電流模式0.1mm為精度調(diào)節(jié)傳導(dǎo)光纖光端面與物鏡距離，從而起到動(dòng)態(tài)調(diào)焦的作用。本實(shí)施例的變焦效果是，當(dāng)焦距調(diào)節(jié)范圍0至3.4mm，橫向分辨率改變范圍6.5μm至12.6μm。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的工作原理與實(shí)施例1基本相同，不同的是本實(shí)施例形變記憶部件的形狀為絲線型，本實(shí)施例的形變記憶部件材料也采用形變記憶合金絲，形變記憶合金絲的材料是SMA材料，該材料的形變過程對(duì)電流有遲滯效應(yīng)，也即在材料產(chǎn)生形變前，在初始的位置就需要一定的電流。形變記憶合金絲的特點(diǎn)是，在輸入電信號(hào)產(chǎn)生形變前，需要外部預(yù)張力使合金絲繃直。本實(shí)施例采用四根長度相等的形變記憶合金絲制作成形變記憶部件。每一形變記憶合金絲的后端分別焊接固定一銅導(dǎo)線，形變記憶合金絲的前端與微型電機(jī)的定子焊接固定。位于最外側(cè)的環(huán)形墊片8與微型電機(jī)定子之間安裝有被壓緊的彈簧以提供預(yù)張力，此處使用的彈簧，材質(zhì)不限于SMA材料，可使用任何具有彈性形變能力的材料。本實(shí)施例的形變記憶合金絲長度為10mm，通電后形變溫度范圍是22℃至70℃，焦距形變范圍是1％至4％，帶動(dòng)微型電機(jī)移動(dòng)0.1mm至0.4mm，能夠起到動(dòng)態(tài)調(diào)焦的作用。

上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝及參數(shù)等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。