[发明专利]螺旋扫描共路干涉型内窥扫频OCT实时成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及医学内窥成像技术和光学相干层析成像技术，尤其是涉及一种采用螺旋扫描方式和共路干涉结构的内窥扫频光学相干层析实时成像方法及系统。

背景技术

人类的病变大多从组织器官的内部开始。因此，许多具有层析能力的成像技术，如：计算机层析、核磁共振、X射线、和超声等，正在临床诊断方面发挥着巨大作用。然而这些技术只能提供0.1～1mm的分辨率，远未达到探测早期组织异常所要求的分辨率水平。光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)技术能非侵入地对组织器官的内部结构和某些生理功能进行成像，并具备病理分析所要求的高分辨率水平(达微米量级)，故有望在病变早期诊断方面发挥重要作用。由于光波在生物组织中的穿透深度极浅(几个毫米)，必须发展内窥技术来帮助医生直接观察内部组织器官的病变。内窥OCT技术已在肠胃、呼吸、泌尿系统，和乳腺组织等的病变探查方面获得了初步应用。

采用光纤或光纤束传光的柔性内窥探头能够通过腔道进入体内，是一种无创技术，非常适合于对肠胃、呼吸系统等内腔组织成像。现有的柔性内窥OCT系统，如美国MIT的Fujimoto小组(G J Tearney，et al.In vivo endoscopic optical biopsy with optical coherence tomography，Science，1997，276：2037-2039)、和加州大学Chen小组(T Xie，et al.Fiber-optic-bundle-based optical coherence tomography，Optics Letters，2005，30(14)：1803-1805)等提出的系统，一般为非共路干涉结构。由于内腔组织结构极不规则，进入其内的光纤或光纤束不可避免地存在着弯曲，导致由其传输光束的偏振态会发生变化；另外，由呼吸、生命律动、和腔内气流等扰动导致的探头抖动，会使图像质量下降。因此，必须在参考臂中对上述因素进行匹配，使得系统的构成和调节变得异常复杂和耗时。而且，针对不同部位更换使用不同长度的探头时，都需进行光程匹配、色散补偿、和偏振态调节等操作。这些问题的存在极大地制约了非共路干涉系统在实际中的运用。

共路干涉结构能完全克服上述问题，非常适合于光纤型柔性内窥成像系统。由于傅里叶域OCT技术，包括谱域OCT和扫频OCT，无需参考镜沿样品深度方向的机械扫描运动，而是通过对采集到的干涉信号进行快速傅里叶逆变换来得到样品整个深度方向的信息，从而具有比时域OCT系统更快的成像速度。参考镜无需扫描运动，为把参考镜置于探头内部使系统在总体上构成共路干涉结构提供了可能。一些采用共路干涉结构的内窥谱域OCT成像方法和系统被提了出来，如浙江大学的Ding小组(丁志华等，共路型内窥光学相干层析成像方法及系统，专利号：200710069864.9，授权日：2009/05/20)、和奥地利维也纳医科大学Drexler小组(A R Tumlinson，et al.Endoscope-tip interferometer for ultrahigh resolution frequency domain optical coherence tomography in mouse colon，Optics Express，2006，14(5)：1878-1887)等提出的系统。它们采用了在探头入射端进行横向扫描的方式，这种扫描运动对于柔性探头而言显得很不稳定，会导致成像结果里存在着假象。另外，这些扫描不是遍历的，由其所观察到的区域具有偶然性。

由于扫频OCT技术采用点探测器接收干涉信号，而近红外波段的点探测器比线阵CCD探测器(谱域OCT要求)更容易获得和成本更低，使得扫频OCT技术成为当前OCT技术研究的热点，并在医学领域显得极具应用价值。华盛顿大学的Li小组(H L Fu，et al.Flexible miniature compound lens design for high-resolution optical coherence tomography balloon imaging catheter，Journal of Biomedical Optics，2009，13(6)：060502)提出了一个在探头入射端进行螺旋扫描的内窥扫频OCT成像系统。这种螺旋遍历式扫描，能减少病变漏检，能更好地满足病变探查的需求。而在探头顶端进行螺旋扫描、和采用共路干涉结构的扫频OCT成像方法和系统还未见报道。微型螺旋运动电机的出现，为实现这一构想提供了物质保证。