一種微型光學(xué)相干斷層成像探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于心血管OCT或人體組織狹窄空間的檢測(cè)的微型光學(xué)相干斷層成像探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)中，先后出現(xiàn)了各種各樣的成像儀器，例如:超聲成像、X光成像、CT、MRT和PET等等，但是這些儀器多少都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。超聲成像依賴于生物組織的聲阻抗，對(duì)比度差，難以發(fā)現(xiàn)早期的癌變；X光成像依賴于生物組織的密度，密度越大，圖像就越白，但是對(duì)于密度接近的不同器官和組織的圖像則因?qū)Ρ榷炔桓叨鵁o(wú)法分辨，而且X射線透視使組織遭受強(qiáng)離子輻射的作用，入射的高能量會(huì)使生物組織離化。另外，層析成像技術(shù)中的CT、MRT和PET設(shè)備和使用費(fèi)用昂貴，對(duì)人體有一定的損傷作用；例如=X-CT具有較高的成像深度，可以探測(cè)整個(gè)身體，分辨率能達(dá)到0.7mm至
2.0mm，不過(guò)掃描和大計(jì)算量的圖像重建工作都要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，得到一幅完整的CT圖像一般需要十幾秒鐘，因此它不適合作實(shí)時(shí)高分辨率成像；MRI基于強(qiáng)磁場(chǎng)和高頻信號(hào)導(dǎo)致體內(nèi)原子共振發(fā)出它們本身的信息，而且其分辨率也相對(duì)比較低。而光學(xué)成像技術(shù)成為了相對(duì)比較理想的技術(shù)，其中最主要的代表是光學(xué)相干斷層成像技術(shù)(optical coherencetomography) OCT。它的優(yōu)點(diǎn)在于:利用對(duì)人體無(wú)損傷的紅外光做為光源(一般是830nm或1310nm)，利用相干時(shí)間門(mén)的原理實(shí)現(xiàn)層析，具有很高的分辨率(微米級(jí))，可實(shí)現(xiàn)非接觸、無(wú)輻射、高分辨率并實(shí)時(shí)成像和在體活檢。其由于具備上述特別的優(yōu)點(diǎn)，光學(xué)相干斷層成像技術(shù)是近20年來(lái)發(fā)展最快的一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，主要用于眼科、皮膚、牙科、心血管、呼吸道和胃腸道、早期癌癥檢測(cè)等。
[0003]OCT技術(shù)的核心是邁克爾遜干涉儀，由于OCT技術(shù)其實(shí)最早來(lái)源于白光干涉測(cè)量法，光學(xué)相干域反射測(cè)量技術(shù)。該技術(shù)使用一寬帶光源發(fā)出的相干光進(jìn)行反射域的測(cè)量，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了 1um的軸向分辨率和大于10dB的動(dòng)態(tài)范圍。而傳統(tǒng)的影像方法主要包括核磁共振血管成像和血管造影成像，然而這些成像只能夠呈現(xiàn)出血管的外形或者內(nèi)部輪廓，對(duì)血管壁以及血管腔的細(xì)節(jié)部分顯現(xiàn)非常模糊，包括血管壁動(dòng)脈化斑塊的大小、成分、裂紋等，這些信息對(duì)于血管完整性評(píng)估和預(yù)測(cè)有著重要的臨床價(jià)值。而且，由于X射線具有很強(qiáng)的輻射性，這樣也在一定程度上限制了使用性。因此，理想的血管成像技術(shù)應(yīng)該在保證必要的安全性的前提下不僅可以發(fā)現(xiàn)血管的病灶區(qū)域而且可以對(duì)該區(qū)域的病灶特性進(jìn)行分析，從而為臨床診斷提供有效的科學(xué)依據(jù)。血管內(nèi)超聲成像(intravascularultrasound tomography, IVUS)可以將一個(gè)微型的超聲成像探頭直接伸入血管內(nèi)部進(jìn)行血管的斷面掃描成像。這種技術(shù)在一定程度上提高了血管成像的分辨率，可以發(fā)現(xiàn)某些明顯的病灶區(qū)域，但是由于所采用超聲探頭的頻率普遍在20-50MHZ之間，對(duì)應(yīng)圖像分辨率大約為200-100 μ m左右，這個(gè)分辨率還不足以看清血管壁的細(xì)節(jié)，存在許多局限性。而采用近年發(fā)展起來(lái)的光學(xué)相干斷層層析(optical coherence tomography, OCT)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)心血管內(nèi)微米級(jí)高分辨率的成像，對(duì)臨床鑒別和診斷冠狀動(dòng)脈粥樣硬化以及干預(yù)治療的效果進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)。
[0004]內(nèi)窺OCT的出現(xiàn)，為將來(lái)進(jìn)行體內(nèi)組織病變以及癌癥診斷提供了強(qiáng)有力的幫助。血管內(nèi)OCT成像(Intravascular OCT, IV-0CT)具有能夠呈現(xiàn)出動(dòng)脈硬化的微觀細(xì)節(jié)的獨(dú)特功能，特別是那些被認(rèn)為是很容易就會(huì)突然破裂的硬塊。這種技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是它的高分辨率，比血管內(nèi)超聲成像的分辨率高出10倍，可以從組織形態(tài)上觀察動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和冠狀動(dòng)脈微小結(jié)構(gòu)變化。此外，對(duì)于血管內(nèi)植入支架的觀察和定位，血管內(nèi)OCT成像是普通造影技術(shù)和血管內(nèi)超聲成像所無(wú)法比擬的。從OCT成像的結(jié)果中醫(yī)生能夠清晰地觀察到支架是否完全貼壁、是否完全擴(kuò)張、組織撕裂、組織脫垂和支架支撐桿是否分布均勻等情況，這些為評(píng)價(jià)手術(shù)支架的使用具有極其重要的意義。目前隨著OCT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)冠狀動(dòng)脈內(nèi)的高速高分辨率成像，并且由于小型化光纖成像導(dǎo)管探頭的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)狹窄動(dòng)脈管內(nèi)壁的成像，這些都是普通成像技術(shù)所難以達(dá)到的。OCT成像導(dǎo)管與血管內(nèi)超聲導(dǎo)管比較，OCT導(dǎo)管僅由一條光纖構(gòu)成，不需要任何傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。
[0005]血管內(nèi)OCT成像系統(tǒng)是最近幾年才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，它主要結(jié)合了光學(xué)成像、機(jī)械掃描、信號(hào)處理等技術(shù)，是多學(xué)科交叉結(jié)合的產(chǎn)物。微型OCT成像導(dǎo)管不但用于動(dòng)脈、靜脈還可用于肺氣道，還可以用于各種狹窄空間的探測(cè)比如飛秒激光器加工的微孔。針對(duì)心血管成像的特點(diǎn)，需要特別的內(nèi)窺探頭解決以下關(guān)鍵問(wèn)題:光學(xué)相干探頭的像散問(wèn)題。
[0006]參見(jiàn)圖1，由于常規(guī)的探頭都是由單模光，I加上準(zhǔn)直或聚焦透鏡2，將光斑匯聚成一個(gè)圓光斑。但是由于內(nèi)窺探頭都是需要進(jìn)入人體組織成像，光學(xué)探頭不能直接接觸人體組織，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)醫(yī)用的保護(hù)套管51。參見(jiàn)圖2-1、2-2，經(jīng)過(guò)保護(hù)套管51后，由于保護(hù)套管51的內(nèi)外壁兩個(gè)面都是圓柱面，因此會(huì)對(duì)光束產(chǎn)生影響，產(chǎn)生單方向發(fā)散的效應(yīng)，原本是圓光斑，參見(jiàn)圖2-3，經(jīng)過(guò)塑料保護(hù)套管后就變成了橢圓光斑，造成了象散，嚴(yán)重時(shí)會(huì)大幅影響OCT的成像效果。因此，如何消除保護(hù)套管帶來(lái)的象散就成了一個(gè)最大的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在無(wú)法消除象散問(wèn)題的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種消除光學(xué)畸變的光學(xué)相干斷層成像探頭。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種微型光學(xué)相干斷層成像探頭，其特殊之處在于:所述探頭包括單模光纖、一維梯度折射率透鏡組和反射棱鏡，一維梯度折射率透鏡設(shè)置于單模光纖一端，反射棱鏡設(shè)置于梯度折射率透鏡另一端。
[0009]上述一維梯度折射率透鏡組由兩個(gè)光軸十字交叉的一維透鏡梯度折射率透鏡構(gòu)成或兩個(gè)以上光軸十字交叉的成對(duì)的一維透鏡梯度折射率透鏡構(gòu)成。
[0010]上述探頭的一維梯度折射率透鏡和反射棱鏡部分的直徑或邊長(zhǎng)均為125um-500umo
[0011]上述單只一維梯度折射率透鏡的長(zhǎng)度范圍為2-5_。
[0012]上述反射棱鏡的角度為43° -55°。
[0013]上述探頭的反射棱鏡上還鍍有全反射膜層。
[0014]上述全反射膜層為金屬膜層。
[0015]上述探頭