本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)即MEMS領(lǐng)域，具體涉及一種利用電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)細(xì)長單光纖變形以完成大范圍高精度掃描的內(nèi)窺鏡掃描探頭及其制備方法。

背景技術(shù)：
醫(yī)用內(nèi)窺鏡作為一種收集、分析信息和輔助治療的關(guān)鍵醫(yī)療器械，在醫(yī)療及其檢測領(lǐng)域越來越受到重視。最早的醫(yī)用內(nèi)窺鏡為硬質(zhì)金屬管式，在進(jìn)入人體內(nèi)的狹窄通道時(shí)常常給患者帶來較大的創(chuàng)傷和痛苦。不少研究者利用包裹在直徑小于1毫米軟管內(nèi)一束光纖作為柔性內(nèi)窺鏡的探頭，以實(shí)現(xiàn)對一些細(xì)小血管和較細(xì)特殊腔道的觀察。但是，由于在如此細(xì)的內(nèi)徑中可容納的光纖數(shù)量很有限，通常僅為十幾根，以至于使得內(nèi)窺鏡的最終分辨率較差，不利于后續(xù)的圖像處理與分析。對于單光纖醫(yī)用內(nèi)窺鏡，尤其是作為其核心部件的掃描探頭的研究與開發(fā)，國際上尚處在起步階段。美國德克薩斯大學(xué)H.P.Hu于2005年在《Uniquefeaturesofopticalscanning,singlefiberendoscopy,LasersinSurgeryandMedicine》文章中利用外加電磁鐵驅(qū)動(dòng)帶有磁性材料的光纖作振動(dòng)掃描的內(nèi)窺鏡，其中，磁性材料鎳的顆粒通過凝膠的形式被包裹在一根光纖的表面，磁性結(jié)構(gòu)的長度為3.5毫米，厚度為0.11毫米，當(dāng)此磁性顆粒材料的凝膠形式被固化后，便可以牢固地與光纖結(jié)合，由于鎳的軟磁特性，當(dāng)受到外界磁場的作用力時(shí)，磁體在磁力的作用下將帶動(dòng)光纖一起發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)外磁場撤去時(shí)則光纖又可以恢復(fù)到原位，如此以一定頻率多次施加或撤去磁場，則可實(shí)現(xiàn)光纖在某個(gè)方向上的往復(fù)振動(dòng)。如果施加電磁場的頻率恰好與帶有磁體的光纖結(jié)構(gòu)的共振頻率一致時(shí)，則光纖將會(huì)在該頻率上發(fā)生共振，從而實(shí)現(xiàn)其作為內(nèi)窺鏡掃描探頭的功能。然而，上述內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)中的光纖很顯然只能在某個(gè)特定的方向上進(jìn)行掃描，僅使用一個(gè)電磁鐵無法在其遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)螺旋式平面掃描，而增加電磁鐵則無疑進(jìn)一步增大了器件結(jié)構(gòu)的整體尺寸。此外，該結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)窺鏡整體難以封裝，幾乎不可能將其全部封裝在直徑小于1毫米的軟管內(nèi)，而且固化的軟磁材料鎳凝膠，其結(jié)構(gòu)疏松、磁性較弱，不利于光纖產(chǎn)生較大的掃描角，因此內(nèi)窺鏡的整體掃描視野范圍也較小。美國約翰霍普金斯大學(xué)的L.Huo于2010年在《Endoscopicopticalprobesforlinearandrotationalscanning》中設(shè)計(jì)制作了另一種單光纖內(nèi)窺鏡，其中，單模光纖被固定在一個(gè)PZT壓電驅(qū)動(dòng)器的中心，其另一端增加了一個(gè)金屬套管以提高端點(diǎn)處的重量，降低光纖的自身共振頻率，一個(gè)自聚焦透鏡被安裝在距離光纖遠(yuǎn)端的一定工作距離處。當(dāng)一個(gè)具有和光纖自身共振頻率一致的驅(qū)動(dòng)電壓±40V被加載到壓電驅(qū)動(dòng)器上時(shí)，光纖就會(huì)被激勵(lì)作共振掃描，其遠(yuǎn)端的最大掃描范圍可達(dá)約2毫米；而當(dāng)一個(gè)調(diào)頻正弦波以90度的相差被同時(shí)加載到壓電驅(qū)動(dòng)器的X和Y電極上時(shí)，光纖的遠(yuǎn)端即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)二維的螺旋共振掃描，通過聚焦透鏡則可收集獲得腔道內(nèi)靠近窺鏡前端的組織圖像，上述結(jié)構(gòu)可被包裹在一個(gè)無菌的皮下軟管中，整體內(nèi)窺鏡的直徑為2.4毫米。可以看出，上述基于壓電驅(qū)動(dòng)的單光纖內(nèi)窺鏡其整體直徑尺寸仍大于1毫米，不能方便進(jìn)入人體內(nèi)一些較細(xì)的腔道內(nèi)進(jìn)行活體原位監(jiān)測和相應(yīng)的輔助治療，而且微小結(jié)構(gòu)的壓電驅(qū)動(dòng)器在加工制作工藝上也比較困難，國際上目前已不建議廣泛使用對環(huán)境有害(因?yàn)槠浜U)的PZT作為壓電材料。因此，本領(lǐng)域的研究人員致力于發(fā)明一種直徑尺寸接近甚至低于1毫米的內(nèi)窺鏡掃描探頭，能在環(huán)形軟管表面制作大角度傾斜螺旋線圈，并在工藝方面簡潔，更加方便人們制作內(nèi)窺鏡掃描探頭。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了攻克內(nèi)窺鏡現(xiàn)階段研究的缺陷，本發(fā)明提供一種雙磁體單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭及其制備方法，所述探頭直徑尺寸低于1毫米，能在環(huán)形軟管表面光刻沉積大傾斜角銅結(jié)構(gòu)的螺旋線圈，并且工藝過程方便簡潔；軟管內(nèi)部的雙磁體—光纖結(jié)構(gòu)，利用電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)變形振動(dòng)，更能完成探頭的大范圍掃描，且成像清晰。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種雙磁體單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭，包括環(huán)形軟管、固定支座、細(xì)長單光纖、兩個(gè)磁體、透鏡和傾斜螺旋線圈，其中：兩個(gè)磁體相隔一定距離地固定在細(xì)長單光纖的中部位置，從而形成光纖-磁體結(jié)構(gòu)，磁體的上下運(yùn)功帶動(dòng)細(xì)長單光纖振動(dòng)；透鏡固定于細(xì)長單光纖的一端部，并隨細(xì)長單光纖的振動(dòng)而上下掃描；固定支座位于細(xì)長單光纖的另一端部；帶有透鏡的光纖-磁體結(jié)構(gòu)由固定支座安裝于環(huán)形軟管內(nèi)；傾斜螺旋線圈固定于環(huán)形軟管的表面；當(dāng)在傾斜螺旋線圈施加一定大小的交流電壓時(shí)，在環(huán)形軟管內(nèi)部產(chǎn)生磁場，磁場方向與磁體軸心方向形成一定的角度，并分別推動(dòng)兩個(gè)磁體上下運(yùn)動(dòng)...