微透镜阵列光学相干断层成像导管及其成像系统的制作方法

本实用新型涉及医疗内窥检测技术领域，尤其涉及一种微透镜阵列光学相干断层成像导管及微透镜阵列光学相干断层成像系统。

背景技术：

冠状动脉疾病是全世界导致死亡的头号原因。由于动脉粥样硬化斑块的堆积、破裂和血栓，冠状动脉疾病能引起胸痛(心绞痛)，心肌缺血和心源性猝死。对于那些没有猝死或有慢性心绞痛症状的病人，合适斑块的治疗包括pci(percutaneouscoronaryintervention，经皮冠状动脉介入手术)。心脏介入专家通过pci手术放置支架处理病变，但近年来不少研究结果认为心脏支架被滥用，或至少过度使用引发很多争议，医生在考虑只使用支架时更加谨慎和挑剔。此外由于成本较低的药物治疗已被引入到市场，研究发现它们也是有效的。在治疗病情稳定的冠心病患者时我们已经看到了支架置入术的温和下降。然而目前，三种新的血管成像/测量设备和耗材：1)血管内超声、2)oct(opticalcoherencetomography，光学相干层析技术)和3)血流储备分数技术，能准确地帮助医生为每一个病人术前评估是否支架置入及术后评估，在冠心病变检查中起到越来越重要的作用。

现有商用血管内iv-oct(intravascularopticalcoherencetomographic)成像系统包括主机设备、成像导管以及连接两者的回撤控制器，回撤控制器的近端通过光纤与干涉仪相连接，远端通过导管连接头与成像导管相连。主机设备包括激光器、干涉仪、光电探测器、数据采集卡、成像主机以及图像处理器和显示终端等。其中，干涉仪承载成像系统的最核心部件：干涉仪左路是激光输入，右路是光信号输出，上面是包含可调光延迟线(vodl)的参考臂，下面是包括回撤控制器和成像导管的信号臂。

现有的iv-oct成像系统的干涉仪的参考臂上有可调光延迟线，信号臂上有成像导管和回撤控制器，回撤控制器里有控制回撤的步进电机、控制高速旋转的伺服电机和光纤滑环。oct成像技术的核心是依靠位于干涉仪信号臂上的成像导管发射激光并且采集人体组织的返回的散射光，与干涉仪参考臂的光信号干涉做相干检测，成像主机基于检测该干涉信号的包络，生成腔管图像。参考臂光程必须与信号臂的实际光程非常接近，才能得到高质量的相干检测。因为实际产品中，不同成像导管的长度会略有差异，所以oct系统在干涉仪参考臂上设有一个可调光延迟线，根据信号臂上不同导管长度引起的光程变化，参考臂调整光延迟线来匹配，确保最佳干涉性能。在这里，参考臂和信号臂的主光路都是单根光纤，对应成像导管内管头端的单个微透镜。环腔管扫描由回撤控制器里的伺服电机、光纤滑环和成像导管内管外的力矩套管带动单个微透镜高速旋转完成。

iv-oct成像系统具体成像过程是：将成像导管沿着导丝送到血管内病变的远端，超出病变范围约5mm以上，然后回撤控制器致动成像导管回撤后退，对整个病变区域进行扫描。回撤过程一般是1-7秒，回撤距离是50-150mm。这期间成像导管的外管不动，回撤控制器的伺服电机(即旋转电机)和直线电机(即步进电机)控制成像导管的内管在高速旋转的同时后退回撤，对血管内组织进行螺旋式点扫描，采集血管组织各点返回的散射光信号，内管后退到设定的产品回撤距离比如50mm时，两个电机停止，扫描结束，主机设备根据检测到的各点返回的散射光信号，生成完整的血管组织病变图像。

实现这种iv-oct成像方法的成像导管包括外管、内管和导管连接头，内管包括光纤和微透镜，光纤外部设有力矩套管；外管远端是采用pci介入手术导管常用的快速交换头端(rapidexchange,rx)设计，医生首先在病人体外把成像导管从快速交换头端穿上指引导丝，然后沿着指引导丝在病人血管内把成像导管推送到病变靶区。进行oct成像的时候，成像导管的外管不动，快速交换头端穿着的导丝也不动，只有内管高速旋转并回撤。如果内管旋转不均匀平稳，可能碰撞摩擦外管内壁，引起外管抖动，从而带动外管快速交换头端的导丝抖动，严重时会发生导丝与成像导管缠绕，伤害病人。这是目前产品的一个潜在安全风险。

其次，这种商用iv-oct成像方法因为是基于机械旋转微透镜实现侧向扫描腔管组织，它必须保证成像导管远端的微透镜旋转均匀才能获得不失真的精准图像。过程是：位于回撤控制器内的伺服电机的高速转动，通过导内管外的力矩套管带动远端微透镜高速转动，从而带动微透镜扫描光束高速转动、实现侧向环腔管扫描目标组织，同时，也高速采集到相应的环腔管的目标组织返回的散射光。精准的图像生成基于微透镜转速、伺服电机转速和光源扫频速度的精准同步，如果近端电机旋转与透镜光点旋转不同步，图像就会出现失真。因为导管是顺着人体自腔管，包括但不限于血管，接近体内病变区域，这些腔管形态各异各有弯曲，成像导管弯曲后很容易造成成像导管远近两端旋转不同步，因此，图像失真是腔管iv-oct成像精准的一大挑战。

技术实现要素：

如上所述，现有技术中的oct成像导管如果内管旋转不均匀平稳，可能碰撞摩擦外管内壁，引起外管抖动，从而带动外管快速交换头端的导丝抖动，严重时会发生导丝与成像导管缠绕，伤害病人。此外，成像导管弯曲后很容易造成远近两端旋转不同步从而导致腔管oct成像所获得的图像失真。

为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种新型腔管光学相干断层微透镜阵列光学相干断层(micro-lensarrayopticalcoherencetomography)成像系统，完全排除目前商用腔管iv-oct成像方法所必须的成像导管内管的旋转运动，以便降低回撤过程中成像导管伤害病人的风险，并且避免因为成像导管远近两端旋转不同步而产生的图像失真。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

在本实用新型的第一方面，一种微透镜阵列光学相干断层成像导管，其包括内管、外管和多芯导管连接头，其中，

所述内管位于所述外管内部；

所述内管包括光纤束和微透镜阵列，所述光纤束包括两根或以上光纤，所述微透镜阵列包括两个或以上微透镜，所述微透镜阵列位于所述光纤束的远端，所述微透镜选自球透镜、柱透镜或硅透镜中任意一种；

所述外管近端通过多芯导管连接头连接用于驱动微透镜阵列光学相干断层成像导管回撤的回撤控制器。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像导管中，所述外管远端设有快速交换头端，快速交换头端上设有显影环和导丝出入口。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像导管中，所述外管远端设有透明的成像窗。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像导管中，所述多芯导管连接头具有防滑纹。

根据本实用新型的另一方面，一种微透镜阵列光学相干断层成像系统，其包括：主机设备、回撤控制器以及前述微透镜阵列光学相干断层成像导管，其中，

所述主机设备包括光学装置和数据处理装置，所述光学装置包括光源和干涉仪；干涉仪的信号臂上设有回撤控制器和微透镜阵列光学相干断层成像导管，干涉仪的参考臂上设有光延迟线；所述光源通过干涉仪分为一束样品光和一束参考光，所述样品光进入干涉仪的信号臂到达人体组织，微透镜阵列光学相干断层成像导管采集的从人体组织返回的多点散射光为一组扫描光信号，其中每个单点散射光为第一光信号，所述扫描光信号为每个单点的第一光信号的集合，所述参考光进入干涉仪的参考臂到达干涉仪的光延迟线，光延迟线返回的光为第二光信号；第一光信号与第二光信号回到干涉仪内发生干涉以产生干涉信号，并发送到数据处理装置；

所述回撤控制器包括步进电机、第一高速光开关，光纤束和光纤阵列连接头，所述第一高速光开关为1xn高速光开关；回撤控制器近端与干涉仪连接，远端通过多芯导管连接头与微透镜阵列光学相干断层成像导管连接，回撤控制器致动所述微透镜阵列光学相干断层成像导管轴向移动进行轴向扫描，以建立组织的空间图像。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像系统中，所述数据处理装置包括：光电探测器、数据采集卡、成像主机、图像处理器和显示终端。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像系统中，所述主机设备包括回撤闭环监控。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像系统中，所述参考臂设有第二高速光开关和包含两个或以上光延迟线的光延迟线阵列；

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像系统中，所述参考臂设有一个光延迟线。

在所述的微透镜阵列光学相干断层成像系统中，所述第二高速光开关为1xn高速光开关。

实用新型的效果

本实用新型采用微透镜阵列、光纤束、光纤阵列连接头、光延迟线阵列和1xn高速光开关来实现多点成像信号采集，使得微透镜阵列光学相干断层成像导管不需要高速旋转便能够采集到腔管的二维截面的多点散射光的扫描光信号，据此生成腔管断层图像。与现有技术比较，省去了成像导管内管的旋转运动，由此简化了腔管oct成像过程，极大地提高了腔管成像过程的安全性，降低了成像过程中成像导管伤害病人的风险。并且，由于微透镜阵列光学相干断层成像导管没有高速旋转运动，也彻底消除了由于成像导管近远两端旋转不同步造成的图像失真的现象。

附图说明

图1(a)本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像导管结构示意图

图1(b)本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像导管快速交换头端示意图

图2本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统示意图

图3(a)本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统中干涉仪参考臂结构示意图

图3(b)本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统中干涉仪信号臂结构示意图

符号说明

1主机设备12第一高速光开关

2回撤控制器13光延迟线阵列

3微透镜阵列光学相干断层成像导管14光源

4外管15干涉仪

5内管16光电探测器

6多芯导管连接头17数据采集卡

7微透镜阵列18成像主机

8快速交换头端19图像处理器和显示终端

9导丝20回撤闭环监控

10步进电机21光纤束

11光纤阵列连接头22第二高速光开关

具体实施方式

为了能够使得本实用新型的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本实用新型的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施方式。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

图1(a)为本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像导管3结构示意图，其包括内管5、外管4和多芯导管连接头6。其中，内管5位于外管4内部，内管5包括光纤束21和远端的微透镜阵列7，所述光纤束21包括两根或以上光纤，所述微透镜阵列7包括两个或以上微透镜，所述微透镜选自球透镜、柱透镜或硅透镜；所述外管4近端通过多芯导管连接头6连接回撤控制器2，外管4远端进入人体腔管。

在一个具体的实施方式中，所述光纤束21为高密度光纤束，所述多芯导管连接头6为高密度多芯导管连接头。

在一个具体实施方式中，所述微透镜阵列7为高密度微透镜阵列。

在一个具体的实施方式中，所述多芯导管连接头6具有防滑纹。

在一个具体的实施方式中，所述外管4远端还设有透明的成像窗和快速交换头端8，快速交换头端8上设有显影环。所述的透明成像窗对特定波段的光具有较高的透过率，主要有传递光的作用；所述显影环不能被x射线所穿透，在其作用下可以显示出导管在体内的确切位置。

图1(b)为本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像导管3的快速交换头端8结构示意图，其中，快速交换头端8具有导丝穿入口，导丝9穿入快速交换头端8，可以沿着导丝9在病人腔管内将微透镜阵列光学相干断层成像导管3推送到病变靶区。

图2为本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统示意图，其包括：主机设备1、微透镜阵列光学相干断层成像导管3以及回撤控制器2。其中，主机设备1包括光源14、干涉仪15、光电探测器16、数据采集卡17、成像主机18以及图像处理器和显示终端19等。回撤控制器2和微透镜阵列光学相干断层成像导管3位于干涉仪15的信号臂上，干涉仪15的参考臂上设有光延迟线阵列13。回撤控制器2近端与干涉仪15连接，远端与微透镜阵列光学相干断层成像导管3连接，干涉仪15左路与光源14连接，右路与光电探测器16连接，光电探测器16输出端连接数据采集卡17，数据采集卡17输出端连接成像主机18，成像主机18输出端连接图像处理器和显示终端19。

其中，光源14通过干涉仪15分为一束样品光和一束参考光，所述样品光进入信号臂到达人体组织，所述参考光进入参考臂到达干涉仪15的光延迟线，微透镜阵列光学相干断层成像导管3采集到的人体组织多点背向散射光为一组扫描光信号，其中每个单点散射光为第一光信号，即所述扫描光信号为每个单点的第一光信号的集合，光延迟线返回的光为第二光信号，第一光信号由信号臂返回到干涉仪15，第二光信号由参考臂返回到干涉仪15，当第一光信号与第二光信号在干涉仪15内发生干涉时，产生的光学干涉信号被光电探测器16探测到，光电探测器16接收到所述光学干涉信号并将其转换成电信号输出到数据采集卡17，数据采集卡17将自动采集到的电信号转换为数字信号，所述数字信号储存到成像主机18中，成像主机18对数字信号进行分析处理，从而在图像处理器和显示终端19获得相应图像。所述数据处理装置根据所有单点的干涉信号，生成人体组织二维腔管截面图像，随后所述回撤控制器2致动所述微透镜阵列光学相干断层成像导管3轴向移动进行轴向扫描，以建立人体组织的三维空间图像。其中，只有当参考臂和样品臂的光程在光源14的相干长度内匹配才可能发生干涉。

在一个具体实施方式中，所述微透镜阵列光学相干断层成像系统还包括回撤闭环监控20，回撤闭环监控20与回撤控制器2、光电探测器16以及成像主机18电连接，用于形成微透镜阵列光学相干断层成像导管3回撤的闭环控制，防止成像导管强行回撤的发生。

在一个具体实施方式中，所述光源14可以为激光等高相干性光源，也可以为超辐射发光二极管等低相干光源。

在一个具体实施方式中，所述光延迟线阵列13为高密度延迟线阵列。

图3(a)是本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统中干涉仪15的参考臂结构示意图，所述参考臂设有第二高速光开关22和包含两个或以上光延迟线的光延迟线阵列13。

在一个具体实施方式中，所述光纤束21包括n(n取大于1的整数)根光纤，所述第二高速光开关22为1xn高速光开关，光延迟线阵列13包括n个光延迟线。1xn高速光开关是一种具有切换光路作用的功能开关，1代表输入光信号通道数，n代表输出光信号通道数，1xn表示可以将输入的1个通道信号切换到n个通道的输出信号。

在一个可选的实施方式中，如果光延迟线调整速度能超过第二高速光开关22速度，可以只设置一个光延迟线，不需要设置第二高速光开关22，从而简化参考臂的设置。

图3(b)是本实用新型一个具体实施方式的微透镜阵列光学相干断层成像系统中干涉仪15的信号臂结构示意图，如图所示，位于信号臂上的回撤控制器2包括：步进电机10、第一高速光开关12、光纤束21和光纤阵列连接头11；回撤控制器2近端与干涉仪15连接，回撤控制器2远端的光纤阵列连接头11与多芯导管连接头6相连接，从而使得回撤控制器2与微透镜阵列光学相干断层成像导管3连接。

在一个具体实施方式中，所述光纤束21包括n(n取大于1的整数)根光纤，所述第一高速光开关12为1xn高速光开关，所述光纤阵列连接头11为n光纤阵列连接头。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。