一种光学内窥探头风力驱动远端侧向扫描装置

本发明涉及光电信息，尤其涉及一种光学内窥探头风力驱动远端侧向扫描装置。

背景技术：

1、光学内窥探头作为用于人体内部器官、腔道或组织的原位光学成像和治疗的工具，具有精准、实时、小型化、无辐射、生物相容等多重优势，在医学诊断和治疗中起着关键作用。常用于光学相干层析扫描(optical coherence tomography,oct)、荧光、光声、多光谱等各种成像手段，有助于给医生提供准确的医学诊断和治疗指导。此外还可用于光热、光动力等精准治疗方法，有针对性地治疗病变。

2、光纤内窥探头的结构主要包括用于光束传输的光纤波导，用于光束聚焦和偏转的微光学器件及用于逐点扫描的光束扫描装置。根据传递光束相对于探头轴向方向不同，可分为侧向扫描和前向扫描。相比于前向扫描，侧向扫描通过360°周向旋转光束，更适合用于管腔结构(如血管、气道、消化道等)成像及治疗。通过配合轴向位置线性平移(回拉)，可获得三维扫描信息。

3、通常光束旋转扫描装置放置在体外，由电机驱动，通过光纤波导包裹的扭矩线圈将扭矩传递到远端，带动探头侧向旋转，这种方式被称作近端扫描。从而近端扫描的探头设计结构紧凑，使得微型化探头可以顺利通过细小腔道如冠状动脉血管。然而旋转的扭矩线圈与保护导管之间产生摩擦，以及扭矩传递过程中的部分损失，使得采集的信号存在非均匀旋转扰动，导致图像扭曲变形产生伪影。为了抑制近端扫描固有的非均匀旋转扰动影响，随着微机电系统(microelectromechanical systems,mems)技术的发展，研究人员将微型化电机安装在光学探头端部，带动用于光束偏转的微光学器件实现远端侧向扫描，缓解了非均匀旋转扰动的干扰且大幅提高了旋转扫描速度(optics express 20.22(2012):24132-24138)。然而，微型电机成本高昂、探头设计复杂、相比近端扫描探头尺寸大、触电风险等劣势，限制了其临床应用。此外，由于电机安装于探头端部，供电导线遮挡部分区域的光束传播，导致扫描区域出现部分阴影区，影响临床成像和治疗。

4、近年来，发展出其他技术方案代替微型电机驱动实现远端侧向扫描。pang等人(biomedical optics express 6.6(2015):2231-2236)设计了一种基于磁驱动的远端扫描探头。探头末端安装了集成直角棱镜的小型圆柱磁铁，通过产生的外部磁场带动探头内部小磁铁的旋转，使光束对血管壁实现侧向扫描。该探头体积小，成本低，且无需连接导线避免了视野遮挡。缺点是周向扫描速度过慢，所需外部磁场强度大小受限于与小磁铁之间的距离，磁场易受临床环境干扰，原位在体扫描受限。lu等人(scientific reports 8.1(2018):5150)发展了一种基于液体驱动的远端被动扫描光学探头。将直角棱镜安装在微型螺旋桨上，微型螺旋桨置于探头末端，利用流体的动能冲刷螺旋桨驱动其旋转，实现光束侧向圆周扫描。此设计成本较低，转速快，无需电动扫描设备。然而采用远端液体驱动工作过程中需不断将液体在探头端部排出至腔道，适用范围有限。如血管中用生理盐水冲刷可以避免血液带来的成像影响，而在其他腔道内如气道中则不能适用。

5、因此，本领域的技术人员致力于开发一种光学内窥探头风力驱动远端侧向扫描装置，以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：

2、针对近端驱动侧向扫描方案：外置电机带动整根内窥探头转动，由于摩擦力存在以及扭矩传递的损失，存在非均匀旋转失真导致图像扭曲，此外旋转扫描速度受限。

3、针对远端驱动侧向扫描方案：①采用远端微型电机驱动：在于微型电机成本高昂、探头设计复杂、相比近端扫描探头尺寸大、触电风险等劣势，限制了其临床应用。此外，由于电机安装于探头端部，供电导线遮挡部分区域的光束传播，导致扫描区域出现部分阴影区，影响临床成像和治疗。②采用远端磁驱动：周向扫描速度过慢，所需外部磁场强度大小受限于与小磁铁之间的距离，磁场易受临床环境干扰，原位在体扫描受限。③采用远端液体驱动：工作过程中需不断将液体在探头端部排出至腔道，适用范围有限，如气道中不能使用。

4、为实现上述目的，本发明提供了一种光学内窥探头风力驱动远端侧向扫描装置，包括空气泵、三通阀、导管、光纤微探头，所述空气泵通过所述三通阀连接所述导管，所述光纤微探头穿过所述三通阀进入所述导管内，所述光纤微探头被配置为在所述导管内的末端由所述空气泵注入的气流驱动围绕所述导管的中心轴旋转，实现远端侧向扫描。

5、进一步地，所述导管包括内导管、外导管，所述三通阀具有相对设置的第一孔、第二孔以及与所述第一孔、第二孔形成的通道斜交设置的第三孔，所述空气泵出口连接所述第一孔，所述第二孔连接所述内导管，所述内导管插入所述外导管内并在两者的末端相交处密封固定，所述内导管的末端的侧壁上开设多个排气孔，所述光纤微探头穿过所述第三孔进入所述内导管内。

6、进一步地，所述光纤微探头包括光纤连接头、光纤、保护套管、光扩束元件、光聚焦元件、光反射元件、微型涡轮、t型圆柱、限位部件，所述光纤穿过所述第三孔进入所述内导管内，所述光纤的一端由所述光纤连接头连接光源，所述光纤在所述内导管内的另一端连接所述保护套管的一端，所述光纤的另一端连接所述光扩束元件和光聚焦元件，所述保护套管的另一端连接所述限位部件，所述限位部件的一侧连接所述t型圆柱和光反射元件，所述光反射元件和所述光聚焦元件相对设置，所述限位部件的另一侧连接所述微型涡轮。

7、进一步地，所述t型圆柱在大直径端的中心处与所述光反射元件固定连接，所述t型圆柱在小直径端穿入与其尺寸匹配的所述限位部件后与所述微型涡轮中心固定连接。

8、进一步地，所述保护套管、内导管、外导管的尺寸设计为保证所述内导管与保护套管之间、所述内导管与外导管之间存在一定间隙允许气体正常流动。

9、进一步地，所述微型涡轮直径大于所述保护套管外直径并且小于所述内导管内直径，以保证气体流过时能够带动所述微型涡轮旋转。

10、进一步地，所述限位部件内直径与所述t型圆柱的小直径端一致，所述限位部件外直径与所述保护套管的内直径一致。

11、进一步地，所述保护套管内直径大于或等于所述光纤、光扩束元件和光聚焦元件中的最大直径，以保证所述光纤、光扩束元件和光聚焦元件能够正常进入所述保护套管内且与所述保护套管保持共轴。

12、进一步地，所述光纤末端、光扩束元件、光聚焦元件、光反射元件、t型圆柱、限位部件、微型涡轮在所述保护套管内保持同轴，且同时与所述保护套管轴，以使光束正确侧向传播。

13、进一步地，工作时，所述空气泵在所述内导管内匀速持续注入空气，产生恒定速度的气流通过所述内导管，驱动位于所述内导管内所述光纤微探头末端的所述微型涡轮产生转动，带动所述光反射元件同轴同步转动，光束经聚焦和偏转穿透所述保护套管、内导管和外导管，出射到目标内壁上实现侧向匀速旋转扫描，流过所述微型涡轮的空气经所述内导管末端的所述排气孔到达所述内导管和外导管之间的间隙被最终安全排出。

14、与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：

15、(1)本发明采用远端风力驱动，相较以往近端和远端驱动侧向扫描方案，更加安全、高效、稳定。

16、(2)避免现有技术存在的非均匀旋转畸变、导线遮挡问题对采集图像的负面影响，提升了成像质量。

17、(3)整体探头及装置成本低，可降低患者医疗开销；体积小，操作简单，降低医生操作负担。

18、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。