[实用新型]一种深度敏感光纤探针

说明书

本实用新型涉及一种深度敏感光纤探针，包括：激发光纤、照明光纤、收集光纤、两路参考光纤、探针探测端面；激发光纤两端分别连接激发光源与探针探测端面，照明光纤两端分别连接照明光源与探针探头端面，第一参考光纤连接激发光源与第一光强探测器，第二参考光纤连通照明光源与光强探测器，收集光纤连通探针探测端面与光谱探测器。本实用新型克服了组织荧光光谱和后向散射光光谱测量过程中光谱强度依赖于激发和照明光源强度、探针探测端面与组织表面接触压力，且无法实现深度荧光成分光谱特性检测的缺点。

技术领域

本实用新型涉及一种用于皮肤组织荧光光谱和后向散射光谱原位测量的深度敏感光纤探针，通过探针的结构设计，实现荧光光谱及后向散射光谱的原位、深度敏感探测，属于光电和医学结合技术领域。

背景技术

近年来，光学技术在基础生命科学研究以及生物医学诊断、治疗、监测和手术等方面取得了广泛、快速的发展，其典型应用包括：成像技术、光谱技术、组织内窥镜、血流监测、光动力治疗、激光手术等等。光学技术应用于生命科学和生物医学所面临的主要挑战包括：如何传输宽波段范围的照明光强到指定组织表面或特定部位；如何收集并传输组织微弱发射光信号(低于纳瓦量级)到探测器；如何以最少侵入性的方式使光学探针或辐射能量进入诊断和治疗区域。光学探针独特的物理和光传输特性使之可以帮助解决这些现实问题。因此，各种类型的光纤探针在生命科学相关的临床和科研中得以广泛应用。每一种光纤探针结构都有一定的优点和局限性，适用于不同的光谱波段和应用场景。

皮肤是人体中最重要的器官之一，其厚度随着不同人和不同所在部位有较大差异，但其基本结构均分为三层，即表皮层、真皮层与皮下组织。表皮层位于皮肤的最外层，由复层扁平上皮组成，一般厚度在0.07mm～0.23mm之间。真皮层位于表皮深层，向内与皮下组织相连。真皮层由致密结缔组织组成，其内分布大量胶原纤维、弹性纤维和各种结缔组织细胞，使得皮肤既具有弹性又具有籾性，一般厚度在1mm～2mm之间。皮下组织位于皮肤的深层，由大量疏松结缔组织和脂肪小叶组成，其中分布有汗腺、毛根、血管、淋巴管和神经等，此层是皮肤与皮下肌肉组织，骨组织之间的连接层，是贮存脂肪的主要场所，对维持体温具有重要作用。

皮肤组织中能发射荧光的物质有很多。每一种荧光物质具有特定的吸收光谱及荧光发射光谱，组织荧光来源于多种荧光物质的组合。组织中已经发现的较重要的荧光物质有糠氨酸、色氨酸、胶原、弹性蛋白、黄素腺嚓吟二核昔酸(FAD)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)及其硫化物(NADPH)、核黄素等。此外，皮肤组织结构决定了不同荧光物质在其中的分布存在差异，如角蛋白就仅存在于皮肤表皮层的角质层，而糠氨酸则主要存在于皮肤真皮层中。

辐射传输理论将传输介质的光学特性分为吸收与散射性质。皮肤对可见及近红外波长光的吸收主要来自于黑色素，血液和水分。黑色素存在于人体表皮层中，是决定皮肤在紫外与可见波长吸收性质的主要成分。黑色素在紫外、可见及近红外波段有较宽的吸收光谱，对较短波长的光的吸收更强。血液对光的吸收主要来自于血红蛋白，血红蛋白在400至600nm有较强吸收。相比较黑色素和血液，水在可见波长的吸收非常地低，几乎可以忽略不计，但随着波长的增大，尤其在红外波段水成为皮肤中最主要的吸收介质。

皮肤组织中不同成分的折射率变化使得组织具有较强的散射性质。组织中折射率较高的成分是连接纤维(包括胶原纤维、弹性纤维、网状纤维)，细胞膜，细胞器和细胞核。通常将这些折射率较高的组织成分定义为散射介质，其平均折射率范围约为1.39～ 1.47。折射率较低的成分为细胞质1.35与细胞间液1.37。散射性质主要来源于散射介质 (连接纤维、细胞膜等)与背景介质(细胞质、细胞间液等)折射率的差异。