[实用新型]一种二维扫描光纤探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学相干层析成像(OCT)技术，尤其涉及一种用于内窥光学相干层析成像的二维扫描光纤探头。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是一种新兴的生物医学光学成像技术，能实现对生物组织的结构与生理功能进行非接触、无损伤、高分辨率成像，在疾病的早期检测和在体活检领域有着广阔的应用前景。

光学相干层析成像技术发展至今，已经形成时域OCT系统、谱域OCT系统和扫频OCT系统三种型式。早期的时域OCT系统通过轴向机械扫描实现对生物样品的层析成像，谱域OCT系统和扫频OCT系统无需轴向扫描即可成像，实现了高速高灵敏度的光学相干层析成像。然而，对于上述三种型式的OCT系统，由于采用的光波段在组织中都只能穿透若干毫米，无法在体外直接穿透人体对内部组织器官进行层析成像，相比于其他成像技术(如超声成像、CT成像)，有限的成像深度制约了OCT技术对人体内部组织器官病变的成像和诊断。为了消除这一制约因素，只有研发基于OCT系统的内窥技术，才能使OCT技术应用于人体内部组织器官的高分辨率成像。国外很多科研机构都开展了这方面的研究，如美国哈佛大学医学院的G.J.Tearney小组采用旋转光学组件构建了能进行360度圆周扫描的探头系统；Y.T.Pan和J.M.Zara提出基于旋转光耦合器和微机电系统(MEMS)的OCT微型探头；加州大学Irving分校的Zhongping Chen小组提出基于电致聚合物和光纤束的内窥OCT探头；加州理工学院的ChanghueiYang提出基于旋转GRIN透镜组的内窥OCT探头；美国哈佛大学的S.A.Boppart首次提出基于压电弯曲驱动器的扫描探头；华盛顿大学的Xingde Li小组提出基于压电陶瓷管的扫描探头。上述这些方法，都存在其固有的优缺点，如基于旋转光学组件和光学耦合器的扫描探头，其光能耦合效率比较低，需要进行精确的光学对准，且探头尺寸比较大；基于MEMS技术的微型探头需要复杂的制造过程，其制造成本和制造难度都比较高；而基于压电陶瓷管的扫描探头需要很高的电压进行驱动，需要较高的能耗，且应用在人体中存在一定的安全隐患。因此如何以比较简易的制造工艺，在较低的制造成本和调节难度的条件下，研制出结构简单紧凑、能耗低、且具有较高的光能利用效率的OCT扫描探头，就成为OCT探头设计的一大目标。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于内窥光学相干层析成像的二维扫描光纤探头。该二维扫描光纤探头基于非对称光纤悬臂结构，具有两个独立且互不影响的正交谐振模，利用包含两个信号分量的单一驱动信号同时激发两个正交谐振模，形成二维的李萨如扫描图案，利用单模光纤、梯度折射率光纤形成透镜光纤(lensed fiber)，再与梯度折射率透镜组合，实现样品的照明和后向散射光的收集，利用集成于探头内部的位置敏感探测器(PSD)，实时记录光纤探头出射光在成像横断面内的二维扫描轨迹。

本实用新型通过如下技术方案实现：一种用于内窥光学相干层析成像的二维扫描光纤探头，主要由非对称光纤悬臂结构、梯度折射率透镜、二向色膜层、位置敏感探测器、封装外壳、位置敏感探测器线缆、压电陶瓷双晶片线缆组成；梯度折射率透镜固定在封装外壳的一端，在梯度折射率透镜的光入射端面镀有二向色膜层，非对称光纤悬臂结构一端固定在封装外壳的另一端，非对称光纤悬臂结构沿轴向对准二向色膜层，位置敏感探测器靠近二向色膜层固定在封装外壳的内壁。

进一步地，所述非对称光纤悬臂结构包括压电陶瓷双晶片、第一刚性光纤段、第二刚性光纤段、透镜光纤组成；透镜光纤固定在压电陶瓷双晶片的上表面，第一刚性光纤段固定在压电陶瓷双晶片的下表面并与透镜光纤延伸方向一致，第二刚性光纤段固定在透镜光纤与第一刚性光纤段之间。压电陶瓷双晶片、第一刚性光纤段、第二刚性光纤段，以及透镜光纤形成非对称光纤悬臂结构。

进一步地，所述透镜光纤由单模光纤和梯度折射率光纤组成；单模光纤和梯度折射率光纤连接形成透镜光纤，由透镜光纤中的单模光纤输出的激光经梯度折射率光纤准直，输出到梯度折射率透镜，经梯度折射率透镜聚焦，照射在被测样品上。

与背景技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

1、通过向扫描光纤悬臂引入刚性光纤段，形成非对称光纤悬臂结构，使成像光纤具有两个独立的、互不影响的正交谐振模。相比传统的单光纤扫描结构，光纤谐振从一维谐振扩展至二维谐振，扩展了成像维度。同时采用的非对称光纤悬臂结构，具有体积小、结构紧凑、制造工艺简单的优点。