使OCT探头的背反射最小化的制作方法

本披露涉及用于最小化OCT探头中的背反射的装置和方法。

背景技术：

光学相干断层成像术(OCT)系统用于捕获和生成患者组织层的三维图像。这些系统包括通常侵入性地穿透组织以获得患者体内组织的可视化的OCT探头。在眼科学中，OCT探头用于获得眼睛周围的或甚至形成眼睛的一部分(如视网膜)的组织的详细图像。

在使用中，光学光束被引导穿过组织处的探头。这个光的一小部分从组织的子表面(sub-surface)特征反射并且通过同一探头被收集器所收集。大部分光未被反射，而是以大角度发生漫散射。在常规成像中，这种漫散射的光造成了使图像模糊不清的背景。然而，在OCT中，一种称作干涉量度法的技术记录接收到的光子的光程长度，并且提供排除在检测之前发生多次散射的大部分光子的数据。这得到了更加清晰且在组织深度上延伸的图像。

在一些情况下，一些光从透镜的第一(输入)表面被反射并且沿着返回路径被反射回收集器，由此使从组织反射的光信号过饱和并且沿着返回路径通过透镜朝向收集器传回。解决这个问题的常规方案是与透镜的法线面成一定角度来制作透镜的第一表面。这导致透镜的第一表面将光反射远离返回路径，由此减少了在收集器处接收到的不令人希望的背反射的机会。

然而，由于其尺寸较小，制作具有这种成角度的表面的透镜可具有挑战性并且相对昂贵。除小尺寸刻度之外，透镜的长度必须被保持在紧密公差内，因为它对于光学性能而言是关键的。这加大了制造挑战。

本披露解决了现有技术中的一个或多个缺陷。

技术实现要素：

在一个示例性方面，本披露涉及用于为患者组织成像的OCT探头。探头包括形成被配置成由使用者抓握并操纵的手柄的探头壳体，并且包括从探头壳体延伸并被安排成穿透患者组织的套管。该套管可以包括主体段和远端段。该主体段可以具有限定第一中轴线的管腔，并且该远端段可以具有限定第二中轴线的管腔，该第二中轴线与该第一中轴线是成角度的。透镜被布置在该远端段中。透镜可以具有近端侧、远端侧和光轴。该光轴可以基本上平行于该第二中轴线并且可以相对于该第一中轴线成角度。

在一个方面，透镜的远端侧包括第一平面中的周边边缘并且近端侧包括第二平面中的周边边缘，该第一平面和该第二平面基本上平行于彼此。在一个方面，透镜包括外周，近端侧和远端侧被安排为使得该第一平面和该第二平面与外周基本上形成直角。在一个方面，近端侧和远端侧中的至少一个是平面的。在一个方面，远端段由套管中的弯曲形成。在一个方面，套管的尺寸被确定成穿透眼球，以便为眼睛中的组织成像。在一个方面，OCT探头包括致动系统，该致动系统被配置成在横向于通过第一中轴线和第二中轴线的平面的方向上在主体段的管腔中使光纤移位。

在另一个示例性方面，本披露涉及用于为患者组织成像的OCT探头。探头包括从探头壳体延伸并被安排成穿透患者组织的套管，其中该套管具有形成于其中的将套管分为主体段和远端段的弯管。主体段可以具有限定第一中轴线的管腔。远端段可以具有限定第二中轴线的管腔，该第二中轴线与第一中轴线是成角度的。选择性地可移位的载光光纤被布置在套管的主体段内。光纤具有远端并且被安排成从该远端发射光。探头还包括被布置在套管的远端段中的透镜。透镜包括近端侧和远端侧，其中近端侧相对于光纤被布置为使得通过光纤发射并从近端侧反射的光以与光纤不对齐的角度反射。

在一个方面，透镜的远端侧包括第一平面中的周边边缘并且透镜的近端侧包括第二平面中的周边边缘，该第一平面和该第二平面基本上平行于彼此。在一个方面，透镜包括外周，近端侧和远端侧被安排为使得该第一平面和该第二平面与外周基本上形成直角。在一个方面，近端侧和远端侧中的至少一个是平面的。在一个方面，套管的尺寸被确定成穿透眼球，以便为眼睛中的组织成像。在一个方面，透镜具有小于约2mm的宽度和小于约2mm的长度。在一个方面，弯管是套管中的弯曲。在一个方面，本披露包括致动系统，该致动系统被配置成在横向于通过第一中轴线和第二中轴线的平面的方向上在主体段的管腔中使光纤移位。

在又另一个示例性方面，本披露涉及制造用于为患者组织成像的OCT探头的方法。该方法可以包括使套管弯曲，以形成主体段和远端段，主体段具有限定第一中轴线的管腔，远端段具有限定与第一中轴线成角度的第二中轴线的管腔，套管的尺寸被确定成并被安排成穿透患者组织；将该套管插入到探头壳体中，该探头壳体形成被配置成由使用者抓握并操纵的手柄；并且将透镜插入到远端段中，透镜具有近端侧和远端侧，远端侧具有第一平面中的外围边缘并且近端侧具有第二平面中的外围边缘，该第一平面和该第二平面基本上平行于彼此。在一个方面，该方法包括将光纤引入到套管的主体段中以用于通过透镜发射光。

应理解的是，前述概述以及以下详述在本质上都是示例性和解释性的，并且旨在提供本披露的理解而不限制本披露的范围。在这方面，本披露的另外的方面、特征、和优势通过以下详述对于本领域的普通技术人员而言应是清楚的。

附图简要说明

附图展示了在本文披露的设备和方法的实施例，并且与说明书一起用于解释本披露的原理。

图1是根据本披露的一个方面的示例性OCT成像系统的框图。

图2是根据本披露的一个方面的OCT探头的横截面视图的风格化图示。

图3是根据本披露的一个方面的图2的OCT探头的远端部的详细风格化图示。

图4是根据本披露的一个方面的可用于图2的OCT探头中的透镜的图示。

图5是根据本披露的一个方面的可用于图2的OCT探头中的透镜的图示。

图6是根据本披露的一个方面的可用于图2的OCT探头中的透镜的图示。

图7是根据本披露的一个方面的OCT探头的横截面视图的风格化图示。

图8是示出了制造根据本披露的一个方面的OCT探头的示例性方法的流程图。

具体实施方式

出于促进对本披露的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的示例性实施例，并且将使用具体语言来描述它们。然而将理解，并非旨在限制本披露的范围。本披露所涉及领域内的普通技术人员通常将能够完全想到对于所描述的设备、器械、方法的任何改变和进一步的变形以及对于本披露的原理的任何进一步应用。具体而言，完全可以想到针对一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可与针对本披露的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不单独地描述这些组合的众多迭代。为简单起见，在一些情况下，贯穿这些附图使用相同的参考号来指代相同或相似的零件。

本披露总体上涉及OCT探头、OCT系统、以及相关方法。探头包括照明系统，照明系统包括透镜和光纤，光纤引导光通过透镜并为通过透镜传回的反射光提供返回路径。OCT探头、OCT系统、和方法可以通过使用使透镜处于一定角度的成角度的套管来减少或最小化背反射光，由此改善光信噪比。也就是说，如下文描述的，套管是成角度的，这样使得远端段与主体段不对齐。透镜自身被布置在远端段中，这样使得其光轴相对于套管主体是成角度的。套管的轴线与透镜的光轴之间的相对角度导致从透镜的第一表面反射的光以一定角度被反射回，这样使得它不按与组织反射光相同的路径行进。

此外，在本文披露的套管可以缓解在用于OCT探头的透镜面上制作小角度的问题。因此，透镜的两侧可以被形成为基本上是平行的，而没有相对角度。这可以实现与如先前描述的使透镜的第一表面具有一定角度相同的光学效应。优势在于制作短段的具有一定角度的套管简单且制造价格低廉。

图1示出了示例性OCT成像系统100的框图。系统100包括控制台102、用户界面104、和OCT探头106。控制台102包括OCT引擎，OCT引擎包括光源108、检测器109、控制器110以及其他元件。光源108被配置成提供可以通过OCT探头106从靶生物组织反射的近红外光。在一些实施例中，光源108由提供相对较长波长的光的超发光二极管、超短脉冲激光器或超连续谱激光器构成。检测器109被配置成接收来自OCT探头106的反射光并且将反射光转化为表示由反射光所表示的图像的信号。控制器110可以包括处理器和存储器，其可以包括用于操作光源108、用户界面104、以及用于处理在检测器109处检测到的光并执行功能和过程以进行OCT成像程序的OCT探头106的可执行程序。

在一些实施例中，用户界面104被载在控制台102上或形成该控制台的一部分。用户界面104可以是被配置成在OCT成像程序期间向使用者或患者呈现图像(如通过探头106扫描到的组织图像)的显示器。用户界面104还可以包括输入设备或系统，通过非限制性示例的方式包括键盘、鼠标、操纵杆、刻度盘、按钮以及其他输入设备。

OCT探头106的尺寸被确定成并成形为由外科医生来握持并伸入患者体内。在所示的实施例中，它与控制台102处于电和光通信，并且被配置成在患者组织上呈现来自光源108的光以用于为组织成像的目的。一些OCT探头实施例被配置成侵入性地穿透眼球，以便捕获眼睛组织(如视网膜组织)的图像。

图2示出了示例性OCT探头106的程式化横截面图示，并且图3更加详细地示出了OCT探头106的远端区域。如将在下文更加详细描述的，OCT探头106包括远端段，远端段容纳可以相对容易地制造并且可以减少或最小化来自朝向收集器109的透镜背面的光反射的透镜。

OCT探头106包括探头壳体200、套管202、照明系统204、以及致动系统206。探头壳体200被配置成在OCT程序期间由外科医生来抓握和操纵。它可以成形为手柄或握把，并且可以容纳OCT探头106的其他元件。它包括远端205和近端207。探头106可以经由从探头近端207延伸的载光件(如光纤)或其他连接器连接到控制台(图1中的102)上。

套管202从探头壳体200的远端205伸出并且被配置和安排成穿透患者组织以便获得OCT图像。参考图2和图3两者，套管202包括将其分为主体段250和远端段252的弯管。主体段250包括被布置在探头壳体200内并由其支撑的近端254，并且包括远端部256。

主体段250形成并由管腔264的长度限定，并且在一些实施例中延伸几乎套管202的完整长度，如多于90％的套管总长。在其他实施例中，主体段延伸多于套管202的80％。考虑了其他长度。管腔264包括由管腔264的内表面形成的中轴线203。管腔264容纳或承载光纤214，该光纤既可以承载朝向远端从探头106发射的光又可以承载朝向近端的组织反射光，用于图像处理。在下文进一步讨论光纤。

如图2和图3所示，远端段252包括近端部258、远端260、和管腔261。近端部258被布置成与主体段250的远端部256相邻并从其延伸。远端260形成通向管腔261的开口262，通过该管腔光可以在OCT扫描期间通过。远端段252可以按任何方式连接到主体段250上，并且在一些实施例中通过简单地使套管202的远端弯曲以形成成角度的部分来形成。

远端段252包括由管腔261限定的远端段中轴线270。如可以看到的，远端段252的管腔261相对于主体段250的管腔264这样形成，使得主体段250的中轴线203相对于远端段252的中轴线270是成角度的。中轴线203相对于轴线270的角度可以取决于OCT探头的效用而变化。在一些实施例中，角度在约4与20度的范围内。在一些实施例中，角度在约7与9度的范围内，并且在一些实施例中角度为约8度。因此，中轴线203和中轴线270不是同轴的。远端段252的长度可以变化，并且在一些实施例中沿着中轴线测量的长度在约0.5与3mm之间。在一些实施例中，长度是约1mm。考虑了其他长度。

在一些实施例中，主体的管腔264、261以及远端段250、252按下文描述的方式接收照明系统204的一部分。在这个实施例中，套管202的尺寸被确定成穿透并在眼球内使用，并且可以用于扫描患者的组织，包括患者的眼睛组织，如视网膜组织。

照明系统204包括光源108(在所示的实施例中，其被载在控制台102(图1)上)、透镜210、和光纤214。

透镜210被载在套管202的远端段252内并且更加详细地示于图3和图4中。图3示出了套管202的远端段252和套管202的主体段250的远端部256。图4示出了独立于套管202的透镜210的侧视图。

透镜210包括近端侧220、远端侧222、和外周224。近端侧220被布置在套管202中，面向光纤214，并且典型地被布置成仅与光纤214有少许间距。远端侧222被布置在套管202外或被布置成面向套管202的开口262的方向，并且当使用时面向待成像的组织。外周224在近端侧220与远端侧222之间延伸。在一些实施例中，外周224的形状是圆柱形的，而在其他实施例中，它的形状是矩形的、椭圆形的或另外的形状。外周224可以被安排成与套管202的内表面接合。透镜210还包括光轴226，如图4所示的。在图3中，光轴226与远端段252的中轴线270是同轴的。

参考图4，透镜210的近端侧和远端侧220、222可以配合，以使来自光源的光穿出光纤并传递从组织反射回的光。在一些实施例中，近端侧和远端侧220、222是形成基本上平行的平面的平面表面。透镜210可以是适于在OCT探头106中使用的任何尺寸，并且在一些实施例中具有小于约2mm的长度，并且在一些实施例中具有例如约1mm的长度。透镜210的宽度或直径可以例如在0.2mm与2mm之间。在一些更小规格的探头中，透镜210具有低于约0.6mm或更小的宽度或直径，并且在一些探头中是约0.3mm或更小。在一些实施例中，透镜210是具有来自光纤214的光可以从其穿过的表面的梯度折射率(GRIN)透镜。取决于该实施例，梯度折射率可以是球面的、轴向的或径向的。在另一个实施例中，透镜210是球面透镜。可以使用其他透镜形状。

在所示的实例中，因为不再需要经历在透镜210上磨削或抛光一定角度的艰难过程，透镜210的近端侧和远端侧220、222相对于外周224形成基本上直的角。如本文所使用的，基本上直的角旨在包括起因于制造公差的角，并且可以包括从约88至92度的角。

图5示出了具有形成为凸面的远端侧302和近端侧304的替代透镜300。外周306以参考透镜210讨论的方式在远端侧和近端侧302、304之间延伸，并且光轴308基本上平行于透镜300的外周306延伸通过其中。图6示出了替代透镜320，该替代透镜具有形成为凹面的远端侧322和近端侧324，并且具有在远端侧和近端侧322、324之间延伸的外周326。光轴328基本上平行于透镜320的外周326延伸通过其中。为了示出凸面的远端侧和近端侧302、304以及外围边缘306，图5中的透镜300以横截面示出。图6中的透镜320作为侧视图示出，因为可以看到远端侧和近端侧322、324。

这些透镜300、320可以被布置代替在本文描述的示例性探头(包括图2中的探头106)中的透镜210。然而，在这些实例的每种情况下，透镜300、320对应地包括远端外围边缘310、330，在此处外周306、326与对应的远端侧302、322相交。同样地，透镜300、320对应地包括近端外围边缘312、332，在此处外周306、326与对应的近端侧304、324相交。透镜210，连同其基本上平面的侧面一起，也包括远端和近端外围边缘。

首先参考图5，远端外围边缘310位于沿着基本上垂直于光轴308的平面314的位置。同样地，近端外围边缘312位于沿着基本上垂直于光轴308的平面316的位置。因此，平面314和316是基本上平行的。此外，平面314、316被布置成相对于透镜300的外周306呈基本上直的角。具有平行的远端侧和近端侧可以简化制造并降低透镜成本。

同样地，图6中的透镜320的远端外围边缘330位于沿着基本上垂直于光轴328的平面334的位置，并且近端外围边缘332位于沿着基本上垂直于光轴328的平面336的位置。因此，平面334和336是基本上平行的。此外，平面334、336被布置成相对于透镜320的外周326呈基本上直的角。

考虑到的再其他实施例包括透镜形状的组合，例如像具有凸端和凹端、具有凹端和平端、或具有凸端和平端的透镜。

现在返回图2，光纤214被配置成将来自光源108的光传输到透镜210，并且最终传输到观察之下的组织。在这个实施例中光纤214是单光纤，而在其他实施例中，光纤214是光纤束。光纤214的近端(未示出)被布置为邻近光源108，而远端218按引导光通过透镜210的方式被布置为邻近透镜210。在所示的实施例中，光纤214未直接连接到透镜210上，并且透镜210被固定在相对于套管202的恰当位置。因此，光纤214可以相对于套管202和透镜210移动。光纤214的远端218被定位成远离透镜210面预定的距离，以达到规定的光学性能。

在所示的实施例中，致动系统206主要被布置在探头壳体200内。致动系统206相对于套管202移动照明系统204的光纤214，以便提供一维或二维方向扫描，以用OCT成像系统100生成2D或3D图像。致动系统206可以包括微电子机械系统(MEMS)微型电动机、线性电动机、压电电动机、电磁电动机、气动活塞、膜片、电螺线管、或其他这样的元件。致动系统206被配置成在光纤214上施加力，以物理地使光纤214的端部移位。

致动系统206被配置成以使得光纤214的端部相对于套管202移位的方式枢转光纤214，并且由此在至少单个平面上移动光纤214，以执行扫描。扫描允许在被评估的组织的区域上而非所述组织上的特定斑点或点上取得光。扫描然后被OCT系统100(图1)转化为可以由保健提供者评估的2D或3D图像。

在使用中，可以令人希望的是在光纤214与透镜210之间保持连续的距离，即使当光纤214相对于透镜210枢转或移位时。如可以在图3中看到的，在包括主体段轴线203和远端段轴线170两者的平面中移动光纤将导致光纤214与透镜210之间的距离发生变化，这是由于透镜210的成角度的定向。为了解决这个问题，一些实施例被配置为使得致动系统206在不与包括主体段轴线203和远端段轴线170两者的平面对齐的方向上使光纤214在套管202中枢转或移位。在一些实施例中，致动系统206在直接横向于包括主体段轴线203和远端段轴线170两者的平面的方向上枢转光纤。在这样做时，透镜表面的成角度的定向将对枢转光纤214与远端透镜表面220之间的距离具有很少或没有影响。也就是说，即使在枢转期间，光纤头218和透镜210也将以基本上相同的距离保持分开。因此，可以捕获患者组织的准确扫描。

图7披露了套管的替代实施例，在这里通过数字400提及。套管400可以用于代替套管202。在这里，套管400包括具有限定主体轴线406的管腔404的主体段402并且包括具有限定远端段轴线412的管腔410的远端段408。管腔404、410以上文讨论的方式成角度，并且因此，轴线406、412不是同轴的。在本文描述的任何透镜都可以用于套管400中。在这个实施例中，套管400包括沿着主体段402和远端段408两者延伸的圆柱形外表面。

图8的流程图示出了制造探头106的示例性方法，以使得管腔成角度并且组装透镜更容易。在这个实例中，该方法在步骤502处开始。

在步骤502处，提供了可用于OCT探头中并包括光轴的透镜。取决于该实施例，透镜被配置成具有基本上平行于彼此的远端表面和近端表面。在一些实施例中，透镜包括在基本上垂直于远端和近端表面的方向上延伸的外围表面。当透镜是凹面的或凸面的或以另外的方式处于非平面配置时，外围表面可以垂直于包括远端和近端表面两者的外围边缘的平面。

在步骤504处，制造商创建了套管的主体段和远端段。在一些实施例中，这包括在套管中形成将主体段和远端段分开的弯曲。这可以包括使套管的远端弯曲，以形成远端段。在一些实施例中，远端段被弯曲形成在约4至20度、7至9度范围内、或约8度的角度。在其他实施例中，通过机械加工、挤出或其他工艺形成成角度的远端段。

在步骤506处，将光纤引入到套管的主体部中。这可以通过引入光纤通过套管的主体部的近端来完成。

在步骤508处，透镜被引入到套管202的远端段中。透镜可以通过套管的远端开口来插入，直到它紧靠主体段。一旦被引入，透镜可以被固定在远端段内。这可以使用粘合剂、过盈配合、或其他固定方法来完成。透镜可以被定向成与光纤的远端隔开特定距离，这样使得光纤可以相对于透镜侧向地移位，以便创建OCT扫描。

在操作中，保健提供者将OCT探头106控制在控制台102处，并且然后将OCT探头106以本领域已知的方式定向在邻近待评估的组织的位置处。利用在其希望位置处的OCT探头106，OCT探头106被激活以开始扫描程序。为了做到这点，致动系统206运转以相对于套管202的主体部并且相对于透镜以来回运动的方式物理地使光纤214移位。在一些实施例中，光纤在侧向于通过主体段和远端段的轴线的平面的方向上移动。

由于套管是成角度的，透镜可以通过减少相对于远端表面以一定角度形成透镜的近端表面的必要性而以更容易且潜在地更廉价的方式来制造。在一些情况下，透镜的这个近端表面相对于透镜的外周以直角形成。因为透镜通过套管以一定角度保持，透镜可以使用更廉价的工艺来制造，并且仍提供通过成角度的透镜获得的优势，这是因为由透镜的近端表面反射的光成角度地远离光纤。这允许由于光反馈而生成噪声更少的OCT图像，而且还可以降低探头的成本，得到可更廉价的产品，增加可用性和需求。

本领域的普通技术人员应领会到，本披露所涵盖的实施例并不限于上文描述的具体示例性实施例。就此而言，尽管已经示出并描述了说明性实施例，但是在前述披露中还考虑到了各式各样的修改、变化、和替代。应理解的是，可以在不脱离本披露范围的情况下对前述内容做出此类改变。因此，适当的是广义地且以与本披露一致的方式解释所附权利要求书。