一种具备多模态的微型内窥探头的制作方法

[0001]
本发明涉及内窥镜设备，尤其涉及的是一种具备多模态的微型内窥探头。


背景技术：

[0002]
目前，光学内窥镜已被普通应用于临床疾病检测，如光学内窥镜利用白光照明cmos或ccd成像，但是该方式缺少对生物体形态学与结构成像，尤其对组织层析三维成像存在局限性。而基于光学弱相干后向散射信号测量的光学相干层析技术(oct)，具有较高的灵敏度、高分辨，且非入侵等优势，可以实现对生物组织的分层透视成像以及血管网检测，血流流速测量等功能信息三维成像。而激光扫描共聚焦显微镜，它的特点是采用针孔技术排除焦点以外的光信号对图像的干扰，从而大大提高了图像的清晰度和细节分辨能力，具有很高的轴向对比度。
[0003]
一般来说，单一模态成像技术总有其固有的缺陷，而多模态融合成像能够弥补单一模式的不足，是现代生物光子医学发展的趋势，而多模态内窥探头是其中必不可少的结构。但是，因为要在内窥探头中实现具备宽视场白光、共聚焦显微、oct三种模态，就需要在内窥探头内同时设置三套独立的部件来实现这三种模态，现有的内窥探头因探头体积的限制，无法在一个内窥探头内同时集成具备宽视场白光、共聚焦显微、oct三种模态的结构，由此导致现有的内窥探头存在以下缺点：1.可以实现术中检查，但是不具备oct、共聚焦和白光通道，无法做到细胞层次的术中病理。
[0004]
2.使用oct和超声搭配的光超探头，虽然具备较大的探测深度，但是分辨率不足以检查细胞。
[0005]
3.使用荧光共聚焦和oct的双模探头，缺乏宽视场白光通道引导，而且体积偏大。
[0006]
因此，现有的技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于提供一种具备多模态的微型内窥探头，旨在解决现有的内窥探头因体积的限制，无法在一个内窥探头内同时集成具备宽视场白光、共聚焦显微、oct三种模态的结构的问题。
[0008]
本发明的技术方案如下：一种具备多模态的微型内窥探头，其中，包括：管体，用于安装和保护整个微型内窥探头；透镜，安装在管体内，通过改变透镜的焦距使微型内窥探头在共聚焦显微和oct之间切换；光纤驱动管，安装在管体内，对透镜的焦平面进行全部扫描；辅助组件，安装在管体内，包括用于宽视场白光成像的微型摄像机模组；所述透镜与光纤驱动管连接，光纤驱动管与上位机连接，微型摄像机模组与上位机连接。
[0009]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述管体包括主体管和用于保护人体组织不受主体管伤害的外管，所述外管包裹在主体管的外面；所述透镜、光纤驱动管和辅助组件设置在主体管内。
[0010]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述主体管和外管之间点胶固定并且点胶填充缝隙。
[0011]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述透镜包括顺序排列的前透镜、调焦镜组、后透镜，所述前透镜固定安装在管体内，调焦镜组和后透镜连接安装，调焦镜组与线缆连接，驱动线缆以带动调焦镜组在管体内前后移动，以使微型内窥探头在共聚焦显微和oct之间切换。
[0012]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述前透镜采用平凸厚透镜。
[0013]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述调焦镜组包括了自聚焦透镜和双胶合透镜。
[0014]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述透镜还包括设置在前透镜前面上、用于密封整个微型内窥探头的前端防止漏水的窗口片，在窗口片上设置有保证oct的成像和应用的开孔。
[0015]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述光纤驱动管包括光纤和pzt驱动管，所述光纤与透镜连接，光纤和pzt驱动管连接，由pzt驱动管驱动光纤进行螺旋线运动，实现对透镜焦平面的全部扫描。
[0016]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，所述辅助组件还包括气/水道和钳道。
[0017]
所述的具备多模态的微型内窥探头，其中，在微型摄像机模组上集成了照明用的led、cmos感光芯片以及模数转换芯片。
[0018]
本发明的有益效果：本发明通过提供一种具备多模态的微型内窥探头，当微型内窥探头工作时，微型摄像机模组开始照明并拍摄，引导微型内窥探头前往病变位置，然后线缆驱动调焦镜组移动到位，使得透镜进入oct模式，光纤驱动管开始进行螺旋线扫描；在确定病灶后，线缆驱动调焦镜组移动，使得透镜进入共聚焦模式，光纤驱动管继续进行螺旋线扫描，分析病灶性质；通过设置一组透镜，就使内窥镜头同时具备共聚焦和oct模式，使在一定体积限制的内窥镜头内同时设置具备宽视场白光、共聚焦显微、oct三种模态成为可能；通过设置pzt扫描管，相比主流的振镜系统缩小了内窥探头的尺寸，使整个内窥探头具备实用性同时体积紧凑；而且通过采用尺寸较传统摄像模组小得多的微型摄像机模组，进一步缩小了内窥探头的尺寸；本微型内窥探头具有抗干扰，简便易用，结构紧凑，切换快速的特点。
附图说明
[0019]
图1是本发明中具备多模态的微型内窥探头的结构示意图。
[0020]
图2是本发明中透镜处于oct模式的光路图。
[0021]
图3是本发明中透镜处于共聚焦模式的光路图。
具体实施方式
[0022]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0025]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0026]
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0027]
如图1所示，一种具备多模态的微型内窥探头，包括：管体1，用于安装和保护整个微型内窥探头；透镜2，安装在管体1内，通过改变透镜2的焦距使微型内窥探头在共聚焦显微和oct之间切换；光纤驱动管3，安装在管体1内，对透镜2的焦平面进行全部扫描；辅助组件4，安装在管体1内，包括用于宽视场白光成像的微型摄像机模组402；所述透镜2与光纤驱动管3连接，光纤驱动管3与后端的上位机连接，微型摄像机模组402与后端的上位机连接。
[0028]
在某些具体实施例中，所述管体1包括主体管100和外管101，所述外管101包裹在主体管100的外面；所述透镜2、光纤驱动管3和辅助组件4设置在主体管100内。
[0029]
在某些具体实施例中，所述外管101采用尼龙或其它塑料制作的柔软管件，用于保护人体组织不受主体管100的伤害；所述外管101的外径为3.5mm。
[0030]
在某些具体实施例中，所述主体管100采用6061铝合金或钛合金或不锈钢等耐腐蚀金属制作，用于固定和容纳其它部件。其中，6061铝合金属于al-mg-si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的腐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向；其焊接性优良，耐腐蚀，易于冷加工，用途广泛，可阳极氧化进一步增加耐腐蚀性能。
[0031]
在某些具体实施例中，所述主体管100和外管101之间点胶固定并且填充缝隙，防止进水损坏精密部件。此外，若是微型内窥探头设计为软质内窥镜使用，外管101长度远比主体管100的长度长，并起到支撑支持主体管100的作用，若是微型内窥探头设计为硬质内窥镜使用则主体管100和外管101等长。
[0032]
在某些具体实施例中，所述透镜2包括顺序排列的前透镜203、调焦镜组201、后透镜200，所述前透镜203固定安装在管体1内，调焦镜组201和后透镜200连接安装，调焦镜组201与线缆202连接，驱动线缆202以带动调焦镜组201在管体1内前后移动，以使微型内窥探头在共聚焦显微和oct之间切换。
[0033]
在某些具体实施例中，所述前透镜203采用平凸厚透镜。
[0034]
在某些具体实施例中，所述调焦镜组201包括了自聚焦透镜和双胶合透镜，在调焦镜组201侧面粘接了不锈钢的线缆202，线缆202后端的驱动机构前后活动可以使透镜2在oct和共聚焦状态下切换。
[0035]
在某些具体实施例中，所述透镜2还包括设置在前透镜203前面上、用于密封整个微型内窥探头的前端防止漏水的窗口片204，所述窗口片204采用k9玻璃，在窗口片204上设置有保证oct的成像和应用的开孔。
[0036]
其中，在透镜2中，如图2所示，当入射光角度相对透镜2的光轴改变时，作为扫描透镜的透镜2也能产生平坦成像面，光斑尺寸失真极小；改变入射角度使焦斑在整个视场扫描像平面；低f-theta畸变产生几何校正的图像，而不需进行大量后期图像处理。扫描透镜也能最大化地将样品散射或发射出的光信号耦合进入探测系统；另外，像平面的光斑尺寸在整个视场几乎都一样，所以在整个扫描样品上的成像分辨率也几乎不变，该状态下透镜2的角放大倍率是0.67，工作距离是1.32mm。而在共聚焦状态下，如图3所示，透镜2是个显微物镜，具备3.3x放大倍率的消色差显微物镜，工作距离是0.2mm；它在宽视场范围内提供衍射极限性能，且整个视场没有渐晕效果；且透镜2包含镀增透膜的光学元件，以提高透过率；然而，物镜的特性使得在该模式下视场范围大大减小，而且短小的工作距离使其只能执行表面分析，必需依赖前述扫描透镜提供的oct模式下的3d扫描发现的病变进行引导，对组织的病变进行细胞级的术中非侵入式病理分析。
[0037]
其中，表1为透镜2在oct状态下的镜头设计表：
#面类型曲率半径厚度玻璃半径系数0系数10标准面0.00e+003.00e-01 6.00e-010.00e+000.00e+001标准面5.10e-011.50e+00h-k9l6.63e-010.00e+000.00e+002标准面4.37e-012.00e-01 6.29e-010.00e+000.00e+003grinsur90.00e+001.72e+00slw-1.86.41e-010.00e+005.00e-014标准面0.00e+000.00e+00 6.56e-010.00e+000.00e+005标准面3.63e-014.00e-01h-k9l6.49e-010.00e+000.00e+006标准面-7.31e-011.00e+00sf106.26e-010.00e+000.00e+007标准面-4.02e-013.56e+00 5.62e-010.00e+000.00e+00
8标准面4.19e-011.80e+00h-k9l9.91e-010.00e+000.00e+009标准面0.00e+001.00e-01h-k9l9.35e-010.00e+000.00e+0010标准面0.00e+001.32e+00 9.32e-010.00e+000.00e+0011标准面0.00e+000.00e+00组织8.84e-010.00e+000.00e+00
表1 透镜2在oct状态下的镜头设计表其中，表2为透镜2在共聚焦状态下的的镜头设计表：
#面类型曲率半径厚度玻璃半径系数0系数10标准面0.00e+003.00e-01 6.00e-010.00e+000.00e+001标准面5.10e-011.50e+00h-k9l6.63e-010.00e+000.00e+002标准面4.37e-013.56e+00 6.27e-010.00e+000.00e+003grinsur90.00e+001.72e+00slw-1.81.01e+000.00e+005.00e-014标准面0.00e+000.00e+00 9.60e-010.00e+000.00e+005标准面3.63e-014.00e-01h-k9l9.28e-010.00e+000.00e+006标准面-7.31e-011.00e+00sf109.68e-010.00e+000.00e+007标准面-4.02e-010.00e+00 8.88e-010.00e+000.00e+008标准面4.19e-011.80e+00h-k9l7.59e-010.00e+000.00e+009标准面0.00e+001.00e-01h-k9l2.76e-010.00e+000.00e+0010标准面0.00e+002.00e-01 2.51e-010.00e+000.00e+0011标准面0.00e+000.00e+00组织1.82e-010.00e+000.00e+00
表2 透镜2在共聚焦状态下的的镜头设计表在某些具体实施例中，所述光纤驱动管3包括光纤301和pzt驱动管300，所述光纤301与透镜2连接，光纤301和pzt驱动管300连接，由pzt驱动管300驱动光纤301进行螺旋线运动，实现对透镜2焦平面的全部扫描。
[0038]
在某些具体实施例中，所述光纤301接收/发射oct或共聚焦的信号激光，光纤301采用单模或多模或双包层光纤。光纤301一般采用9/125单模光纤，端面镀增透膜，非常适合对背向反射敏感的系统；采用8
°
角抛光尖端的光纤，确保典型的回波损耗为60 db；光纤301长度取决于执行螺旋线扫描的速度，光纤301的重量应使得光纤301在执行螺旋线扫描时处于谐振运动状态，如果重量不足，则在光纤301上套上不锈钢配重管。
[0039]
在某些具体实施例中，所述pzt驱动管300采用压电陶瓷扫描管，压电陶瓷管扫描器是可以三维运动的压电陶瓷管，用于三维微扫描与定位；压电陶瓷管扫描器为壁厚比较薄，径向结构、外壁四个电极、内壁一体或者分区电极的压电陶瓷管，当外部施加一个电压到某一个区域时，陶瓷管垂直方向收缩，使陶瓷管顶部产生比较大的倾斜，同时施加电压会使陶瓷轴向或径向膨胀和收缩。 整个光纤驱动管3在工作时作螺旋线运动，实现对透镜2焦平面的全部扫描。
[0040]
在某些具体实施例中，所述辅助组件4还包括气/水道400和钳道401：当执行腹腔镜手术时，气/水道400连接气腹机，通过吹气顶起堆叠在一起的组织，为术者提供手术视野，同时扩大微型内窥探头的活动空间，所述气/水道400直径0.86mm；当手术过程中出血阻碍镜头视野，或者进行呼吸道手术发现了大量痰液视野模糊不清时，通过钳道401插入如电刀超声刀、采样钳一类的器械，所述钳道401直径1.23mm。
[0041]
其中，在微型摄像机模组402上集成了照明用的led、cmos感光芯片以及模数转换
芯片，使得微型摄像机模组402可以直接输出数字信号到后端的上位机；通过微型摄像机模组402引导微型内窥探头进入到病变位置；所述微型摄像机模组402的尺寸为0.65mm*0.65mm*1.1mm。
[0042]
其中，可以将微型摄像机模组402替换为近红外摄像模组，通过光纤301输入高功率激光，可以实现对组织的荧光激发成像。
[0043]
本技术方案中，当微型内窥探头工作时，微型摄像机模组402开始照明并拍摄，引导微型内窥探头前往病变位置，然后线缆202驱动调焦镜组201移动到位，使得透镜2 进入oct模式，光纤驱动管3开始进行螺旋线扫描；在确定病灶后，线缆202驱动调焦镜组201移动，使得透镜2 进入共聚焦模式，光纤驱动管3继续进行螺旋线扫描，分析病灶性质。
[0044]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0045]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。