一种光学相干共焦显微内镜系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光学相干共焦显微内镜系统，在OCT扫描成像端添加一段4F光学系统，此段光学系统方便用于内镜腔道中，使得样品臂光纤孔径小于成像面的最小光束直径（即物镜最小分辨率），使得系统具有共聚焦成像的效果；这样，就可以在不明显降低成像深度的同时显著提升OCT的分辨率，在无染色的情况下也达到与共聚焦相近的成像效果，结合MEMS微振镜的使用、调用GPU/FPGA算法，与现有内窥镜系统集成共用，使之成为快速、无染色、高灵敏度与特异性的医学诊断工具。

An optical coherent confocal endoscopy system

The utility model discloses a confocal endoscopic system for optical coherence, add a 4F optical system in OCT imaging terminal, the optical system is convenient for endoscopic cavity, the sample arm fiber aperture is less than the minimum beam diameter (i.e. imaging lens minimum resolution), the system has the effect of confocal imaging in this way, you can; at the same time without significantly reducing the imaging depth significantly improved the resolution of OCT, in the case of non staining also reached similar confocal imaging results, combined with the use of MEMS micro mirror, called GPU/FPGA algorithm, and the existing endoscope system integrated into shared, fast, no stain, high sensitivity and specificity of medical diagnostic tool.

【技术实现步骤摘要】
一种光学相干共焦显微内镜系统
本技术涉及一种显微内镜系统，尤其涉及的是一种光学相干共焦显微内镜系统。
技术介绍
在医学诊断领域，由于病变部位往往发生在组织浅表，医务人员不仅要观察生物组织表面的显微成像，更希望能看到组织内部的结构和形态，从中发现微小病灶。对于现有的层析成像技术而言，如超声成像，在具有较深的成像深度的同时，分辨率较低，并不满足发现微小病变的需求。光学相干断层成像技术（Opticalcoherencetomography，OCT）作为一种高分辨率的成像手段，其原理基于低相干干涉技术，结合外差检测和共轭成像的优点，采集从样品端收集的反射光信号，计算恢复出样品的三维层析图像，反映出生物组织的内部结构、散射系数等重要信息，成像深度3-6mm，覆盖浅表病变组织，纵向分辨率达1-10um，具有非接触无标记等优点。OCT技术应用于眼科成像已经成为眼科诊断的金标准之一，近些年来OCT技术应用于早期宫颈癌、皮肤癌、心血管病变的组织黏膜检测的报道也层出不穷，具有较大应用前景和发展潜力，多种成像模式的结合以提供更精确的诊断依据已成为研究热点。但通常情况下，OCT系统放大倍率受限于扫描透镜，横向分辨率不高，纵向分辨率也随着深度递减，很难在成像深度与分辨率之间做平衡。而共聚焦显微技术（laserscanningconfocalmicroscopy，LSCM）则可以弥补上述问题的不足，在高数值孔径的显微物镜下，通过照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点的共轭关系，实现高达0.1um的横向分辨率，但是共聚焦扫描成像的深度浅，需要使用荧光剂对样品进行染色，探测荧光并成像，导致其应用范围受限。因此，OCT技术和共聚焦显微技术两者各有优缺点。专利CN102818768A提出一种多功能生物医学显微镜，将OCT与共聚焦两套系统结构拼合在一起，但其本质上仍是两套系统的同时、独立成像，并未达到简化系统构造和操作，提升系统性能的效果。因此，暂时无人提出结合两种技术优点的新型成像技术及内镜实现方法，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光学相干共焦显微内镜系统，旨在解决现有技术无法通过一套系统实现无染色的高横向分辨OCT成像，而将OCT和共聚焦两套系统结构直接拼合在一起无法达到简化系统构造和操作，提升系统性能效果的问题。本技术的技术方案如下：一种光学相干共焦显微内镜系统，其中，包括：以OCT结构为主体的主机模块，所述主机模块包括引导光源、波分复用器、扫频光源、光纤环形器、光纤耦合器和参考臂；以共聚焦结构为主体、通过扫描样品获得样品干涉信号，并具有共聚焦成像效果的探头成像模块；用于探测采集干涉信号，并对采集到的干涉信号进行处理运算，得到图像的综合控制处理模块；所述光纤环形器包括顺时针设置的a、b和c三个端口，引导光源与波分复用器、扫频光源与光纤环形器的a端口、波分复用器与光纤耦合器、光纤环形器的b端口与光纤耦合器、光纤耦合器与参考臂、光纤耦合器与探头成像模块、波分复用器与综合控制处理模块、光纤环形器的c端口与综合控制处理模块之间分别通过单模光纤连接；扫频光源与综合控制处理模块连接，扫频光源控制综合控制处理模块采集干涉信号；综合控制处理模块分别与参考臂、探头成像模块连接，控制参考臂与探头成像模块调整扫描和成像的范围：引导光源发出一束光源光束，经过单模光纤耦合，波分复用器的传导，到达光纤耦合器；扫频光源发出一束光源光束，依次经过光纤环形器的a端口和b端口，传导到光纤耦合器；两束光源光束经过光纤耦合器后分为第一光束和第二光束，第一光束经过参考臂处理后形成参考信号光束并原路返回到光纤耦合器，第二光束经过探头成像模块处理并对样品进行成像，得到具有共聚焦扫描成像效果的样品信号光束，样品信号光束原路返回到光纤耦合器，参考信号光束和样品信号光束在光纤耦合器中发生干涉后分别返回到波分复用器、光纤环形器的b端口和c端口，最后干涉信号被综合控制处理模块探测并采集，综合控制处理模块对干涉信号进行处理运算，快速生成具有一定深度的三维图像以及特定深度的横向截面图像。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述光纤耦合器的分光比为10：90。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述扫频光源的典型中心波长为840nm或1310nm或1550nm，带宽>50nm。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述参考臂包括光纤偏振控制器、第一准直透镜、聚焦透镜和光学延迟线，所述光学延迟线与综合控制处理模块连接，由综合控制处理模块控制；第一光束经过光纤偏振控制器的调制，使其偏振态与第二光束的偏振态匹配，再依次经过第一准直透镜、聚焦透镜和光学延迟线，光学延迟线实时调整第一光束的光程，使其与第二光束的光程进行匹配，最后形成参考信号光束并原路返回到光纤耦合器。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述探头成像模块包括第二准直透镜、控制光束偏转角度的MEMS微振镜、扫描透镜、双胶合透镜和显微物镜，所述扫描透镜和双胶合透镜设计构成光学4F系统结构，对光束进行调制，所述MEMS微振镜与综合控制处理模块连接，由综合控制处理模块控制；第二光束经过第二准直透镜出射，依次进入MEMS微振镜、扫描透镜和双胶合透镜，最后经过显微物镜对样品进行成像，得到具有共聚焦扫描成像效果的样品信号光束，样品信号光束原路返回到光纤耦合器。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述扫描透镜和双胶合透镜的焦距之间需满足以下关系式：式（1）其中，f2为扫描透镜的焦距，f3为双胶合透镜的焦距，NA为显微物镜的数值孔径，d为单模光纤的纤径。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述探头成像模块包括保护套管、空腔、压电陶瓷、双胶合透镜和显微物镜，所述压电陶瓷通过电压驱动进行两轴调节，带动单模光纤振动，实现光束扫描；第二光束依次经过空腔、压电陶瓷和双胶合透镜，最后经过显微物镜对样品进行成像，得到具有共聚焦扫描成像效果的样品信号光束，样品信号光束原路返回到光纤耦合器。所述的光学相干共焦显微内镜系统，其中，所述综合控制处理模块包括用于探测干涉信号的平衡探测器、用于采集平衡探测器探测到的干涉信号的采集卡和用于对采集卡采集到的干涉信号进行处理运算并得到图像的处理模块，所述平衡探测器分别与波分复用器、光线环形器的c端口通过单模光纤连接；所述采集卡与扫频光源连接，扫频光源输出时钟及触发信号，控制采集卡采集平衡探测器输出的特定周期的干涉信号；所述处理模块分别与探头成像模块、参考臂连接，处理模块分别控制探头成像模块和参考臂，结合引导光源的定位，调整扫描和成像的范围。本技术的有益效果：本技术通过提供一种光学相干共焦显微内镜系统，在OCT扫描成像端添加一段4F光学系统，此段光学系统方便用于内镜腔道中，使得样品臂光纤孔径小于成像面的最小光束直径（即物镜最小分辨率），使得系统具有共聚焦成像的效果；这样，就可以在不明显降低成像深度的同时显著提升OCT的分辨率，在无染色的情况下也达到与共聚焦相近的成像效果，结合MEMS微振镜的使用、调用GPU/FPGA算法，与现有内窥镜系统集成共用，使之成为快速、无染色、高灵敏度与特异性的医学诊断工具。附图说明图1是本技术中光学相干共焦显微内镜系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干共焦显微内镜系统，其特征在于，包括：以OCT结构为主体的主机模块，所述主机模块包括引导光源、波分复用器、扫频光源、光纤环形器、光纤耦合器和参考臂；以共聚焦结构为主体、通过扫描样品获得样品干涉信号，并具有共聚焦成像效果的探头成像模块；用于探测采集干涉信号，并对采集到的干涉信号进行处理运算，得到图像的综合控制处理模块；所述光纤环形器包括顺时针设置的a、b和c三个端口，引导光源与波分复用器、扫频光源与光纤环形器的a端口、波分复用器与光纤耦合器、光纤环形器的b端口与光纤耦合器、光纤耦合器与参考臂、光纤耦合器与探头成像模块、波分复用器与综合控制处理模块、光纤环形器的c端口与综合控制处理模块之间分别通过单模光纤连接；扫频光源与综合控制处理模块连接，扫频光源控制综合控制处理模块采集干涉信号；综合控制处理模块分别与参考臂、探头成像模块连接，控制参考臂与探头成像模块调整扫描和成像的范围：引导光源发出一束光源光束，经过单模光纤耦合，波分复用器的传导，到达光纤耦合器；扫频光源发出一束光源光束，依次经过光纤环形器的a端口和b端口，传导到光纤耦合器；两束光源光束经过光纤耦合器后分为第一光束和第二光束，第一光束经过参考臂处理后形成参考信号光束并原路返回到光纤耦合器，第二光束经过探头成像模块处理并对样品进行成像，得到具有共聚焦扫描成像效果的样品信号光束，样品信号光束原路返回到光纤耦合器，参考信号光束和样品信号光束在光纤耦合器中发生干涉后分别返回到波分复用器、光纤环形器的b端口和c端口，最后干涉信号被综合控制处理模块探测并采集，综合控制处理模块对干涉信号进行处理运算，快速生成具有一定深度的三维图像以及特定深度的横向截面图像。...

【技术特征摘要】
1.一种光学相干共焦显微内镜系统，其特征在于，包括：以OCT结构为主体的主机模块，所述主机模块包括引导光源、波分复用器、扫频光源、光纤环形器、光纤耦合器和参考臂；以共聚焦结构为主体、通过扫描样品获得样品干涉信号，并具有共聚焦成像效果的探头成像模块；用于探测采集干涉信号，并对采集到的干涉信号进行处理运算，得到图像的综合控制处理模块；所述光纤环形器包括顺时针设置的a、b和c三个端口，引导光源与波分复用器、扫频光源与光纤环形器的a端口、波分复用器与光纤耦合器、光纤环形器的b端口与光纤耦合器、光纤耦合器与参考臂、光纤耦合器与探头成像模块、波分复用器与综合控制处理模块、光纤环形器的c端口与综合控制处理模块之间分别通过单模光纤连接；扫频光源与综合控制处理模块连接，扫频光源控制综合控制处理模块采集干涉信号；综合控制处理模块分别与参考臂、探头成像模块连接，控制参考臂与探头成像模块调整扫描和成像的范围：引导光源发出一束光源光束，经过单模光纤耦合，波分复用器的传导，到达光纤耦合器；扫频光源发出一束光源光束，依次经过光纤环形器的a端口和b端口，传导到光纤耦合器；两束光源光束经过光纤耦合器后分为第一光束和第二光束，第一光束经过参考臂处理后形成参考信号光束并原路返回到光纤耦合器，第二光束经过探头成像模块处理并对样品进行成像，得到具有共聚焦扫描成像效果的样品信号光束，样品信号光束原路返回到光纤耦合器，参考信号光束和样品信号光束在光纤耦合器中发生干涉后分别返回到波分复用器、光纤环形器的b端口和c端口，最后干涉信号被综合控制处理模块探测并采集，综合控制处理模块对干涉信号进行处理运算，快速生成具有一定深度的三维图像以及特定深度的横向截面图像。2.根据权利要求1所述的光学相干共焦显微内镜系统，其特征在于，所述参考臂包括光纤偏振控制器、第一准直透镜、聚焦透镜和光学延迟线，所述光学延迟线与综合控制处理模块连接，由综合控制处理模块控制；第一光束经过光纤偏振控制器的调制，使其偏振态与第二光束的偏振态匹配，再依次经过第一准...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，顾兆泰，郑德金，安昕，张浠，
申请(专利权)人：广东欧谱曼迪科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44