一种内窥式照明装置的制作方法

本发明涉及内窥式激光照明领域，尤其涉及一种可用于激光散斑血流成像的内窥式照明装置。

背景技术：

1、在外科手术中，医生对组织血流微循环状态极为重视，例如：在器官切除手术中，医生需实时对血管可视化；在结直肠癌切除手术中，医生需根据血流是否供应上来判断肿瘤切除后的吻合情况；急性肠系膜缺血患者需要实时评估肠系膜血流微循环状态，血流微循环状态对手术具有重要参考作用。

2、激光散斑血流内窥成像是激光散斑血流成像技术（laser speckle flowimaging，lsfi）和内窥成像的结合，可实现术中血流灌注。lsfi通过分析动态散斑图案引起的模糊程度来实现血流的快速、全场检测。它使用激光作为照明光源，无需扫描即可对生物组织的血流进行二维宽场成像，其时间和空间分辨率分别可以达到数毫秒和数微米的量级，具有实时快速、高分辨、无需造影剂标记、非接触检测的优点。lsfi和内窥镜的结合，可以作为术中内部器官血管可视化和疾病诊断的有效手段，为医生实时提供体内血液供应状态或疾病评估的信息。

3、在现有的内窥式激光散斑血流成像技术中，都采用激光通过大na多模光纤束直接耦合进内窥镜自带照明光纤中，这种激光照明方式的激光照明视场小于成像视场，照明强度相对不均匀，激光照明相干性低以及激光耦合效率低，从而lsfi视场小，视野内血流测量不准确，在工作距离内实现较差的衬比-血流线性拟合，lsfi有效工作距离短，并且存在较大的镜面反射干扰。

4、为了解决现有技术中存在的问题，本发明采用单横模窄带宽激光器与低na的锥形光纤结合的照明装置，可在内窥环境下短至长工作距离内同时提供大照明视场，高功率，高相干性，高均匀性以及低镜面反射的激光照明。

技术实现思路

1、为了解决现有技术方案中存在的技术问题，本发明公开了一种内窥式激光散斑血流成像（lsfi）照明装置，包括单横模窄带宽激光器和低na光纤，所述低na光纤光出射端为锥形，单横模窄带宽激光器可提供lsfi所需要的高相干性的激光，低na光纤可在内窥环境下极大程度保持lsfi所需的高相干性的激光照明，低na光纤一端的锥形结构可以提供大的激光照明视野和均匀的激光照明。本发明中激光器和光纤直接耦合，激光耦合效率极高，非常适用于光利用率极低且对光强要求高的内窥式lsfi。由于单根或多根低na锥形光纤的光出射端固定于内窥镜物镜周围，镜面反射极小。

2、本发明提供的照明装置克服了原有内窥式lsfi中照明视场小，照明强度相对不均匀，激光耦合效率低，激光照明相干性差以及镜面反射高的问题，本发明的照明装置能提供内窥环境下高相干性，具有极高的激光耦合效率，大照明视场，高均匀性以及低镜面反射的激光照明。

3、本发明第一方面提供一种内窥式激光散斑血流成像照明装置，包括单横模窄带宽激光器和低na锥形光纤，所述低na锥形光纤的光出射端加工成锥形。所述锥形光纤为一段研磨成特定锥角的光纤，而不同于一端粗，一端细的锥形光纤。所述低na光纤的光入射端和单横模窄带宽激光器直接耦合，低na光纤光出射端固定在内窥镜物镜周围，激光通过低na光纤的锥形端照射在样品上，所述单横模窄带宽激光器提供lsfi所需要的高相干性的激光。

4、进一步的，所述低na锥形光纤芯径为10-600μm，na为0.18-0.23，所述锥形光纤锥形端的锥角为10°-170°，所述低na锥形光纤芯径为10-600μm，因此给内窥镜带来的负担极小，非常适用于内窥成像环境下的激光照明。

5、进一步的，所述低na锥形光纤为一根或多根，所述低na锥形光纤固定于内窥镜物镜周围，产生内窥式激光散斑血流成像所需的激光照明，低na光纤一端的锥形结构可以提供大的激光照明视野和均匀的激光照明。

6、进一步的，所述低na锥形光纤一端为常见的光纤接口，另一端为裸纤，所述低na锥形光纤通过光纤接口和单横模窄带宽激光器直接耦合，所述裸纤端为锥形。

7、进一步的，上述单横模窄带宽激光光源功率为10-900毫瓦，波长为200-2000nm波段，横模数为1。

8、进一步的，上述低na锥形光纤na为0.20-0.22，芯径为200-600μm，锥角为20°-100°，上述方案为进一步的优选的方案，低na光纤的na值只需要满足在0.18-0.23之间，芯径为10-600μm，锥角为10°-170°，均在本发明的保护范围内。

9、进一步的，上述低na锥形光纤的锥角通过研磨法、腐蚀法或熔融拉锥法获得。

10、进一步的，上述照明装置还包括安装座和法兰，所述安装座用于固定法兰，所述法兰用于固定低na锥形光纤光入射端，并固定在所述安装座上，通过调节安装座移动，带动安装在法兰中的低na的锥形光纤入射端移动，使单横模窄带宽激光光源和低na锥形光纤之间耦合效率最高。

11、进一步的，上述照明装置还包括光纤偏转装置，偏转装置固定锥形光纤并安装在内窥镜物镜四周。

12、进一步的，上述照明装置还包括线偏振器，所述线偏振器安装在锥形光纤出光口，偏振器可让从锥形光纤中发出的激光从自然光变成线偏振光。

13、本发明第二方面提供上述内窥式激光散斑血流成像照明装置的用途，所述内窥式激光散斑血流成像照明装置尤其适用于内窥式激光散斑血流成像系统。

14、本发明第三方面提供一种内窥镜，所述内窥镜的照明系统采用上述的内窥式激光散斑血流成像照明装置。

15、综上，本发明提供一种内窥式激光散斑血流成像的激光照明装置，包括:单横模窄带宽激光光源、低na的锥形光纤、xyz平移安装座和法兰。其中单横模窄带宽激光器可提供lsfi所需要的高相干性的激光，低na光纤可在内窥环境下极大程度保持lsfi所需的激光的相干性，低na光纤光出射端的锥形结构可以提供大的激光照明视野和均匀的激光照明。所述安装座用于固定法兰。所述法兰用于固定低na锥形光纤，并固定在所述安装座上。所述低na锥形光纤安装在所述法兰上，所述法兰安装在安装座上，通过调节安装座移动，带动安装在法兰中的低na锥形光纤入射端移动，使单横模，窄带宽激光光源和低na锥形光纤之间耦合效率最高。

16、本发明获得的有益技术效果为：

17、本发明提供的照明装置克服了原有内窥式lsfi中照明视场小，照明强度相对不均匀，激光耦合效率低，激光照明相干性差的问题，本发明的照明装置能提供高相干性激光照明，具有极高的激光耦合效率，且具有大的照明视场及高均匀性的激光照明。

18、本发明所使用的锥形光纤主要用于在内窥环境下产生高相干性，高耦合效率，大角度，高均匀性激光照明，尤其适用于内窥式激光散斑血流成像照明。

19、本发明提供的照明装置在内窥环境下可产生高相干性，高耦合效率，大角度，高均匀性激光照明，对于内窥式lsfi具有以下好处：

20、1.由于lsfi的成像原理，高相干性激光照明能检测出更加准确和微弱的血流变化，常规的内窥式lsfi由于通过内窥镜自带大na光纤束进行激光耦合和照明，激光相干性被大大降低，进而降低了血流检测的准确性，本发明提出的单横模窄带宽激光器结合低na锥形光纤能让激光通过光纤后保持高的相干性，从而提高lsfi检测血流的准确性。

21、2.探测器需获取足够的激光散斑信号来计算血流灌注，由于光纤束具有蜂窝状结构，光纤束中仅有芯层能传输激光，常规的内窥式lsfi激光照明需要经过三次的激光耦合进光纤束的过程（激光-多模光纤束-内窥镜自带光锥-内窥镜自带照明光纤），因此耦合效率较低。对于内窥镜，工作距离越长，有效na越小，从样品到相机的信号激光也就越少。术中环境下工作距离（＞30mm）较长，从样品散射的激光只有极小一部分到达相机。因此，对于内窥式激光散斑血流成像，需要功率足够高的激光照射样品。尽管可以通过选择高功率激光器来增加探测到的激光散斑信号，但高功率激光器对应着多横纵模的激光光源，多横纵模的激光光源产生的低相干性激光导致不准确的血流测量。本发明提出的高耦合效率激光照明给探测器提供足够的激光散斑信号，从而在保持高相干性的同时增加系统的有效工作距离。

22、3.本发明提出的激光照明方式相比于常规内窥式lsfi激光照明方式具有更大的照明角度。将激光通过多模光纤束耦合进腹腔镜自带照明光纤，出射的激光照明角度远小于成像视场。在本发明中，锥形光纤可通过改变锥角大小来改进出射光的分布，通过将光纤加工成特定锥角，激光照明视场接近于成像视场，从而增大内窥式lsfi的有效成像视野。

23、4. 均匀光强的激光照明对于成像视野内血流的准确测量是很重要的，内窥镜自带光纤在成像视场内激光照明不均匀，导致血流测量相对不准确。本发明提供的锥形光纤照明可产生均匀的激光照明，相比于常规内窥式lsfi，本发明的激光照明方式在成像视野内血流测量更加准确。

24、5.腔体中的黏膜层具有光滑的外表，在成像时常带来镜面反射，镜面反射区域lsfi信号被淹没掉，尽管可通过正交偏振片来消除这一影响，但于此带来75%的激光散斑信号的损失。常规的内窥式lsfi激光照明光纤位于成像通道的四周，这种照明具有较高的镜面反射，本专利提出的锥形光纤位于成像通道一侧，这种照明带来的镜面反射较少，从而增加内窥式lsfi有效成像区域。