内窥镜装置

1.本技术涉及医用光子学技术领域，特别是涉及一种内窥镜装置。


背景技术：

2.随着医疗技术的发展，内窥显微镜在医疗领域得到了广泛的使用。传统的反射共聚焦显微镜是单波长的光激发，单波长光激发下只能对特定的组织深度进行成像。因此，传统的反射共聚焦显微镜一次只能成像一个深度平面。
3.这种方式，如果需要完成3d成像，需要通过机械扫描装置进行轴向扫描，成像速度慢。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种成像速度快的内窥镜装置。
5.本技术提供了一种内窥镜装置，该内窥镜装置包括光源、色散拉伸装置、色散微镜头以及探测器；光源，用于发射广谱脉冲光；色散拉伸装置，用于对广谱脉冲光进行色散拉伸处理，以输出色散拉伸光，色散拉伸光在时域的不同位置处的波长不同；色散微镜头，用于向感兴趣对象发射色散拉伸光，其中，色散微镜头对不同波长的光的轴向聚焦位置不同；探测器，用于接收感兴趣对象反射的光信号，感兴趣对象反射的光信号用于构建感兴趣对象的三维图像。
6.在其中一个实施例中，色散拉伸装置包括两个相对的银反射镜，两个银反射镜之间存在第一预设角度。
7.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括第一分束器、光栅以及第一透镜组，第一透镜组包括至少一个透镜，第一分束器设置于广谱脉冲光的发射光路上；光栅、第一透镜组以及色散拉伸装置均设置于第一分束器的透射光路上，且，光栅位于第一分束器和第一透镜组之间，第一透镜组，位于光栅和色散拉伸装置之间。
8.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括第二分束器，第二分束器，设置于第一分束器的反射光路上；色散微镜头设置于第二分束器的透射光路上，探测器设置于第二分束器的反射光路上。
9.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括第一物镜，第一物镜设置于第二分束器和探测器之间的光路上。
10.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括小孔，小孔设置于第一物镜和探测器之间的光路上。
11.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括二维扫描装置，二维扫描装置设置于第二分束器和色散微镜头之间的光路上；二维扫描装置，用于调整色散拉伸光从色散微镜头的出射方向。
12.在其中一个实施例中，二维扫描装置包括两个相对设置的扫描反射镜以及驱动装置，驱动装置用于带动扫描反射镜根据第二预设角度翻转。
13.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括第二透镜组以及反射镜，第二透镜组包括两个透镜；第二透镜组以及反射镜均设置于第二分束器和色散微镜头之间的光路上。
14.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括第二物镜和光纤束；第二物镜，位于二维扫描装置和光纤束之间；光纤束，位于第二物镜和色散微镜头之间。
15.在其中一个实施例中，内窥镜装置还包括高速采集系统；高速采集系统，用于对探测器的输出进行采集以及实时对感兴趣对象进行三维图像重建。
16.本技术提供了一种内窥镜装置，该内窥镜装置包括光源、色散拉伸装置、色散微镜头以及探测器，其中光源用于发射广谱脉冲光，色散拉伸装置用于对广谱脉冲光进行色散拉伸处理，以输出在时域的不同位置处的波长不同的色散拉伸光，然后由色散微镜头向感兴趣对象发射色散拉伸光，其中，色散微镜头对不同波长的光的轴向聚焦位置不同；最后探测器接收感兴趣对象反射的用于构建三维图像的光信号。通过这种方式，广谱脉冲光通过色散拉伸装置在时间上进行拉伸，使不同波长的光分布于不同的时间，然后色散微镜头将不同波长的光聚焦到感兴趣对象的轴向上的不同位置，然后由探测器接收感兴趣对象反射回的光信号，由于不同波长的光对应不同的时间，不同波长的光聚焦到感兴趣对象的轴向上的不同位置，因此不同时间的光对应感兴趣对象轴向上不同的位置，也即不同时间的信号携带了感兴趣对象不同深度的信息，由此可以直接得到感兴趣图像的三维信息，不需要进行轴向机械扫描，同时由探测器进行了单光子探测，无需因传统ccd行扫描速度有限而成像速度受限，因此成像速度更快。
附图说明
17.图1为一个实施例内窥镜装置的示意图；图2为另一个实施例中内窥镜装置的示意图；图3为另一个实施例中内窥镜装置的示意图；图4为另一个实施例中内窥镜装置的示意图；图5为另一个实施例中内窥镜装置的示意图；图6为另一个实施例中内窥镜装置的示意图；图7为另一个实施例中内窥镜装置的示意图。
18.附图标记说明：11、光源；
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12、色散拉伸装置；
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13、色散微镜头；14、探测器；
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21、第一分束器；
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22、光栅；23、第一透镜组；
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31、第二分束器；
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32、柱透镜；41、第一物镜；
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42、小孔
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51、二维扫描装置；61、第二透镜组；
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62、反射镜
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63、第二物镜；64、光纤束。
具体实施方式
19.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
20.在本技术中，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至少一个该特征。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。
21.本技术提供了一种内窥镜装置，该内窥镜装置包括光源、色散拉伸装置、色散微镜头以及探测器，其中光源用于发射广谱脉冲光，色散拉伸装置用于对广谱脉冲光进行色散拉伸处理，以输出在时域的不同位置处的波长不同的色散拉伸光，然后由色散微镜头向感兴趣对象发射色散拉伸光，其中，色散微镜头对不同波长的光的轴向聚焦位置不同；最后探测器接收感兴趣对象反射的用于构建三维图像的光信号。由于不同波长的光对应不同的时间，不同波长的光聚焦到感兴趣对象的轴向上的不同位置，因此不同时间的光对应感兴趣对象轴向上不同的位置，也即不同时间的信号携带了感兴趣对象不同深度的信息，由此可以直接得到感兴趣图像的三维信息，不需要进行轴向机械扫描，同时由探测器进行了单光子探测，无需因传统ccd行扫描速度有限而成像速度受限，因此成像速度更快。
22.图1为本技术实施例提供的一种内窥镜装置的结构框图。如图1所示，该内窥镜装置包括光源11、色散拉伸装置12、色散微镜头13以及探测器14；光源11，用于发射广谱脉冲光；色散拉伸装置12，用于对广谱脉冲光进行色散拉伸处理，以输出色散拉伸光，色散拉伸光在时域的不同位置处的波长不同；色散微镜头13，用于向感兴趣对象发射色散拉伸光，其中，色散微镜头13对不同波长的光的轴向聚焦位置不同；探测器14，用于接收感兴趣对象反射的光信号，感兴趣对象反射的光信号用于构建感兴趣对象的三维图像。
23.其中，光源11用于发出广谱脉冲光，广谱脉冲光包括多种波长的光。广谱脉冲光经过色散拉伸装置12进行拉伸处理，色散拉伸装置12可以是自由空间角啁啾增强延迟装置（free-space angular-chirp-enhanced delay, faced），可以将脉宽为ps（10-12
秒）量级的广谱脉冲光进行时间拉伸，达到ns（10-9
秒）量级，从而满足探测器探测的响应频率。其中，色散拉伸光为经过色散拉伸装置12处理的光，广谱脉冲光经过色散拉伸装置12进行拉伸处理后在时域的不同位置处的波长不同，也即不同波长的光对应于不同的时间，从而实现了时间拉伸。色散微镜头13向感兴趣对象发射经过处理的色散拉伸光，由于色散微镜头13具有大的轴向色差，因此可以将不同波长的光聚焦在轴向上不同的位置，也即将不同波长的光聚焦在感兴趣对象的不同深度上，从感兴趣对象反射回的光信号沿原路返回，由探测器14接收。
24.探测器14可以是单光子探测器，可以将光信号转化为电信号输出，能够接收到单光子的光信号然后将光信号转换为电信号进行输出，输出的电信号强度与光信号强度成正比。由于不同波长的光对应于不同的深度，不同波长的光对应于不同的时间，因此探测器14接收到的不同时间的光对应于感兴趣对象的轴向的不同深度，可以用于构建感兴趣图像的三维图像。
25.该实施例中，该内窥镜装置包括光源、色散拉伸装置、色散微镜头以及探测器，其中光源用于发射广谱脉冲光，色散拉伸装置用于对广谱脉冲光进行色散拉伸处理，以输出在时域的不同位置处的波长不同的色散拉伸光，然后由色散微镜头向感兴趣对象发射色散拉伸光，其中，色散微镜头对不同波长的光的轴向聚焦位置不同；最后探测器接收感兴趣对象反射的用于构建三维图像的光信号。通过这种方式，广谱脉冲光通过色散拉伸装置在时
间上进行拉伸，使不同波长的光分布于不同的时间，然后色散微镜头将不同波长的光聚焦到感兴趣对象的轴向上的不同位置，然后由探测器接收感兴趣对象反射回的光信号，由于不同波长的光对应不同的时间，不同波长的光聚焦到感兴趣对象的轴向上的不同位置，因此不同时间的光对应感兴趣对象轴向上不同的位置，也即不同时间的信号携带了感兴趣对象不同深度的信息，由此可以直接得到感兴趣图像的三维信息，不需要进行轴向机械扫描，同时由探测器进行了单光子探测，无需因传统ccd行扫描速度有限而成像速度受限，因此成像速度更快。
26.在一个可选的实施例中，如图2所示，内窥镜装置还包括第一分束器21、光栅22以及第一透镜组23，第一透镜组23包括至少一个透镜，第一分束器21设置于广谱脉冲光的发射光路上；光栅22、第一透镜组23以及色散拉伸装置12均设置于第一分束器21的透射光路上，且，光栅22位于第一分束器21和第一透镜组23之间，第一透镜组23，位于光栅22和色散拉伸装置12之间。
27.其中，第一分束器21位于广谱脉冲光源的发射光路上，可以将广谱脉冲光分为多束光，第一分束器21具有透射和反射特性，光栅22、第一透镜组23以及色散拉伸装置12均设置于第一分束器21的透射光路上。同时，光栅22位于第一分束器21和第一透镜组23之间，第一透镜组23，如图2所示，可以包括2个透镜，两个透镜均位于光栅22和色散拉伸装置12之间。广谱脉冲光经过第一分束器21透射到达光栅22，光栅22将广谱脉冲光中不同波长的光色散开，然后通过第一透镜组23的两个透镜，第一透镜组23对光线进行聚焦后进入色散拉伸装置12。
28.色散拉伸装置12包括两个相对的银反射镜，两个银反射镜之间存在第一预设角度。
29.可选的，色散拉伸装置12由两个相对的银反射镜组成，两个银反射镜之间呈第一预设角度，第一预设角度为一个微小的角度，可以进行调整，通过调整两个银反射镜的参数和角度，使得经过光栅22色散后的广谱脉冲光中不同波长的光进入色散拉伸装置12的角度不同，因此不同波长的光在色散拉伸装置12的两个银反射镜之间来回反射的路径不同。调整色散拉伸装置12的两个银反射镜之间形成的微小角度就可以使光反射回原路。此时不同波长的光由于反射路径的不同而形成时间延迟差，不同波长的光对应于不同的时间，从而实现了时间拉伸。
30.上述实施例中，通过色散拉伸装置将广谱脉冲光进行时间拉伸，将不同波长的光对应于不同的时间，满足探测器的响应频率。
31.在一个实施例中，如图3所示，内窥镜装置还包括第二分束器31，第二分束器31，设置于第一分束器21的反射光路上；色散微镜头13设置于第二分束器31的透射光路上，探测器14设置于第二分束器31的反射光路上。
32.其中，第二分束器31具有透射和反射特性，第二分束器31位于第一分束器21的反射光路上，色散拉伸装置12反射回的光沿原路返回，经过第一分束器21反射到达第二分束器31，通过第二分束器31的透射光路到达色散微镜头13。由色散微镜头13将不同波长的光聚焦在感兴趣对象的不同深度，然后由感兴趣对象反射回的信号原路返回，再次经过第二分束器31，此时经过第二分束器31的反射光路，探测器14位于第二分束器31的反射光路上，来对感兴趣对象反射回的信号进行信号探测。
33.可选的，请继续参考图3，第一分束器21和第二分束器31之间还可以包括柱透镜32，柱透镜32可以对光线进行校正。
34.在一个实施例中，如图4所示，内窥镜装置还包括第一物镜41，第一物镜41设置于第二分束器31和探测器14之间的光路上。
35.其中，感兴趣对象反射回的信号通过第二分束器31的反射光路到达第一物镜41，第一物镜41对反射信号光进行聚焦。
36.可选的，请继续参考图4，内窥镜装置还包括小孔42，小孔42设置于第一物镜41和探测器14之间的光路上。
37.可选的，在探测器14前增加小孔42，小孔42为共聚焦小孔，第一物镜41将反射信号光聚焦后反射信号光通过小孔42，小孔42可以阻挡杂散光，避免杂散光线对反射信号的干扰。
38.在一个实施例中，如图5所示，内窥镜装置还包括二维扫描装置51，二维扫描装置51设置于第二分束器31和色散微镜头13之间的光路上；二维扫描装置51，用于调整色散拉伸光从色散微镜头13的出射方向。
39.其中，二维扫描装置51包括两个相对设置的扫描反射镜以及驱动装置，驱动装置用于带动扫描反射镜根据第二预设角度翻转。
40.可选的，驱动装置可以是驱动电机，通过电机带动二维扫描装置51的两个扫描反射镜根据第二预设角度翻转，通过扫描反射镜角度的变化可以改变通过二维扫描装置51的光线的出射角度，从而可以调整色散微镜头13的光线的出射方向，使光线可以通过色散微镜头13聚焦在感兴趣对象横向的不同位置，从而实现感兴趣图像整个二维平面的扫描。
41.在一个实施例中，如图6所示，内窥镜装置还包括第二透镜组61以及反射镜62，第二透镜组61包括两个透镜；第二透镜组61以及反射镜62均设置于第二分束器31和色散微镜头13之间的光路上。
42.其中，第二透镜组61包括2个透镜，如图6所示，可以对进入的光线进行光束准直和中继。第二透镜组61设置于二维扫描装置51和第二物镜63之间。第二透镜组61的第一个透镜与二维扫描装置51的距离为第一个透镜的焦距，第二透镜组61的第一个透镜和第二个透镜之间的距离为第一个透镜和第二个透镜的焦距之和，第二透镜组61的第二个透镜与第二物镜63之间的距离为第二透镜组61的第二个透镜的焦距。
43.反射镜62用于改变光路中光线的方向，如图6所示，可以包括2个反射镜，一个位于第二分束器31和第二透镜组61之间的光路上，另一个位于第二透镜组61和色散微镜头13之间的光路上。
44.在一个可选的实施例中，请继续参考图6，内窥镜装置还包括第二物镜63和光纤束64；第二物镜63，位于二维扫描装置51和光纤束64之间；光纤束64，位于第二物镜63和色散微镜头13之间。
45.其中，第二物镜63位于二维扫描装置51和光纤束64之间的光路上，第二物镜63将被拉伸过的广谱脉冲光聚焦耦合进入内窥镜装置的光纤束64中，通过在光纤束64中传输，然后由色散微镜头13将光线聚焦到感兴趣对象上。
46.在一个实施例中，内窥镜装置还包括高速采集系统；高速采集系统，用于对探测器的输出进行采集以及实时对感兴趣对象进行三维图像重建。
47.可选的，高速采集系统可以是高采样率高带宽的数字化仪或实时示波器，通过对探测器的输出进行采集，由于不同时间的信号已经携带了感兴趣对象轴向不同深度的信息，因此不需要机械进行轴向扫描，可以实现实时对感兴趣对象进行三维图像的重建。
48.进一步的，内窥镜装置的整体结构如图7所示。光源11发出的广谱脉冲光经过第一分束器21透射到光栅22，光栅22将不同波长的光色散开然后经过第一透镜组23到色散拉伸装置12，色散拉伸装置12将广谱脉冲光在时间上进行拉伸，不同波长的光经过色散拉伸装置12拉伸后分布于不同的时间上，然后原路返回至第一分束器21反射到第二分束器31，经过第二分束器31透射，反射镜62改变光线的方向，第二物镜63将光线聚焦耦合进光纤束64，色散微镜头13将不同波长的光聚焦在感兴趣对象的不同深度，通过二维扫描装置51可以对感兴趣对象进行横向的二维扫描，最后通过探测器14对从感兴趣对象反射回的信号进行信号探测，然后通过高速采集系统进行信号采集和实时3d图像重建。在这个过程中，需要对广谱脉冲光的脉冲发射、二维扫描装置的帧扫描以及信号采集进行同步。
49.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
50.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。