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CN118541071A - 一种扫描光纤内镜探头和扫描光纤内镜 - Google Patents

一种扫描光纤内镜探头和扫描光纤内镜 Download PDF

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CN118541071A
CN118541071A CN202280053910.9A CN202280053910A CN118541071A CN 118541071 A CN118541071 A CN 118541071A CN 202280053910 A CN202280053910 A CN 202280053910A CN 118541071 A CN118541071 A CN 118541071A
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CN
China
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fiber
scanning
optical fiber
collection
array
Prior art date
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CN202280053910.9A
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张承
茹敏涛
时百明
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Hang'an Medical Technology Hangzhou Co ltd
Original Assignee
Hang'an Medical Technology Hangzhou Co ltd
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Abstract

一种扫描光纤内镜探头以及扫描光纤内镜。其中，扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路(10)和内层光纤收集阵列(20)；扫描照明光路(10)包括透镜组(12)，扫描照明光路(10)用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织(40)的平面上形成光斑，并形成视场；内层光纤收集阵列(20)，用于将从样品组织(40)散射或反射回的部分探测光经过透镜组(12)进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。

Description

一种扫描光纤内镜探头和扫描光纤内镜
要求优先权声明
本申请要求2021年08月10日提交的中国专利申请202110912064.9的优先权，全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书属于光学内镜领域，具体涉及一种扫描光纤内镜探头和扫描光纤内镜。
背景技术
随着医疗信息技术的快速发展，内镜作为一种收集、分析信息和辅助治疗的关键医疗器械也越来越受到重视，内镜为医生提供直观的人体内部的光学图像，具有低损伤、高分辨的特点，因而被广泛用于观察和诊断消化道、生殖道和呼吸道等组织或器官的病变。内镜的直径以及灵活度对于内窥镜成像技术是至关重要的，它决定了内窥镜所能到达的目标成像区域以及产生的对使用者的不适感和对组织的创伤的影响程度，因此依赖于微小探头的内窥镜能够灵活的深入活体组织内部对组织和细胞成像，驱动医学内窥镜向光纤化、小型化、更灵活和高分辨方向发展。
最早的内镜是使用光纤束(coherent fiber bundle，简称CFB)并用于临床的内镜模型并进行了上消化道的检查，内镜中插入患者的体腔内的一端称为远端，由内镜的使用者握持的一端称为近端，这种在远端使用CFB导光、在近端使用电荷耦合设备(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)探测的内镜由于具有一定的柔软性和较小的外直径，CCD或CMOS等数字相机芯片含有光敏层，光敏层中的硅能将光辐射转换成电荷，最终形成图像。这种内镜已经成为医院的消化科的常规检查手段。
随着半导体工艺的发展，一种小型化的相机芯片被开发出来，并被放置于内镜探头的尖端而成为新一代的内镜技术(chip-on-tip endoscopy，简称为CTE)。由于光信号直接在探头的尖端被转换为电信号，CTE仅需四根导线将信号从探头的远端传至近端，因此具有柔软、像素数较高的优点。但是，为了获得足够的光辐射能量，CTE的像素尺寸存在一个最小值上限，再加上CTE的电路部分占用了额外的空间，其像素数难以再进一步提高。对于很多需要在人体内较细特殊腔道进行高分辨率检查的情况，则必须使用直径更小的超细微型高分辨率内窥镜来完成，这时，那些基于图像传感器或光纤束的内镜由于其自身的尺寸和分辨率等限制而无法使用。
基于光栅的光谱编码内镜(spectrally encoded endoscope，简称SEE)是另一种容易小型化、柔软性好的技术。技术利用复色光以及光栅实现了样本中光栅色散方向上并行多点的反射测量。这种并行技术无需扫描，因此有利于探头的小型化。SEE的有效像素数取决于光栅的光谱分辨率，突破了CFB和CTE存在的像素密度极限的问题。但是，目前基于光栅的SSE还不能提供彩色图像。
扫描光纤内镜(scanning fiber endoscope，简称SFE)通过某种驱动机构来主动控制光纤摆动引导激光光束扫描进行彩色成像，具有小尺寸、大视场和高分辨率的特点，由于SFE中光纤悬臂末端出射光斑极小，可以允许较大数量的有效像素数，具有广泛的临床应用前景。在SFE的近端，红绿蓝三种中心波长的激光经合束器合成共轴光束、由单模光纤传导至SFE的远端。位于探头尖端的压电陶瓷管将单模光纤的一头固定，并留有一段自由光纤悬臂。在交变电压的驱动下，陶瓷管带动单模光纤摆动。当驱动电压的频率设置为光纤悬臂的谐振频率时，悬臂的末端能实现较大的横向位移，形成大范围的横向视场。探测光由固定的大视场收集通道采集探测，在相关技术中，探测光的光强信号收集的多少与成像质量成正比，由于内镜探头的外部尺寸要求的限制，获取光能信号收集效率不高，影响了扫描光纤内镜的成像质量。
因此，有必要提供一种新的扫描光纤内镜探头和扫描光纤内镜，以提高内镜的成像质量。
发明内容
本说明书实施例的第一方面提供了一种扫描光纤内镜探头，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路和内层光纤收集阵列；所述扫描照明光路包括透镜组，所述扫描照明光路用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成视场；所述内层光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回的部分探测光经过所述透镜组进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，所述扫描明光路还包括套管，所述内层光纤收集阵列固定在所述套管的腔体内。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列是由至少两根光纤以均匀布置方式围城的管状的光纤阵列。
在一些实施例中，所述扫描照明光路还包括：振动部件和夹具；所述振动部件设于套管的腔体内 且位于所述透镜组的近端；所述夹具将所述振动部件固定在所述套管内。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述夹具将所述内层光纤收集阵列安装在所述套管和所述振动部件之间。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述内层光纤收集阵列设置在所述夹具外侧。
在一些实施例中，所述夹具为开口的圆环，所述圆环的开口处的一端设置第一卡扣，所述圆环的开口处的另一端设置第一卡槽，所述第一卡扣插入所述第一卡槽后用第一固定件将两者相对固定。
在一些实施例中，所述第一卡扣为棘轮齿形，所述第一卡槽内设与所述第一卡扣的棘轮齿形相对应的凸起，以使所述第一卡扣能够在所述第一卡槽内单向移动。
在一些实施例中，所述夹具分为第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡扣，所述第二半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡槽，所述第一卡扣插入对应的所述第二卡槽后用第二固定件将两者相对固定。
在一些实施例中，所述第二卡扣为棘轮齿形，所述第二卡槽内设与所述第一卡扣的棘轮齿形相对应的凸起，以使所述第二卡扣能够在所述第二卡槽内单向移动。
在一些实施例中，所述夹具包括夹具体，所述夹具体开设：振动部件固定孔，所述振动部件固定孔与所述夹具体的中心轴同轴；以及至少两个内层光纤固定孔，所述至少两个内层光纤固定孔相对于所述夹具体的中心轴周向均匀排布，所述内层光纤收集阵列的各个收集光纤分别设置在所述至少两个内层光纤固定孔中。
在一些实施例中，所述振动部件固定孔为楔形孔，所述夹具还包括用于插入所述楔形孔的楔子，所述楔子用于将所述振动部件卡接在所述振动部件固定孔内。
在一些实施例中，所述振动部件包括压电陶瓷管和单模光纤；所述单模光纤，固定设置在所述压电陶瓷管上，并在所述压电陶瓷管的远端突出延伸预设长度的光纤以形成光纤悬臂；所述压电陶瓷管，用于在预设频率的交变电压的驱动下，带动所述光纤悬臂在共振模式下振动，以进行扫描；所述透镜组，设置在所述光纤悬臂的远端，用于将所述单模光纤出射的发散光聚焦成像于所述样品组织；所述光纤悬臂的末端与所述透镜组的物方主面之间的距离匹配所述圆形视场的视场角和所述光斑的大小；所述压电陶瓷管和所述透镜组被固定设置在所述套管中，其中，所述压电陶瓷管被所述夹具设置在所述套管内。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列的内径和在套管内部的轴向位置根据所述扫描照明光路中的光纤悬臂在振动过程中形成的最大偏转角确定，使得在不干扰照明光路的前提下提高所述内层光纤收集阵列的收集效率。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列的内径大于所述光纤悬臂的最大偏移量的两倍且小于所述套管的内径。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列的受照面到所述透镜组的物方主面的距离小于所述光纤悬臂的远端到所述透镜组的物方主面的距离。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列在套管内部的轴向位置满足约束关系：
其中，R指的是所述内层光纤收集阵列的半径，u指的是所述光纤悬臂的远端到所述透镜组的物方主面的距离，L指的是所述光纤悬臂的长度，l指的是所述内层光纤收集阵列的受照面与所述透镜组的物方主面的距离，α指的是所述光纤悬臂的偏转角。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列的受照面在所述套管内部的轴向位置位于所述透镜组的焦点处。
在一些实施例中，所述扫描照明光路中，单模光纤的光纤悬臂经腐蚀处理后的直径小于所述单模光纤的标准直径。
在一些实施例中，所述扫描光纤内镜探头的最大外径小于或等于1.5mm，光纤悬臂的长度为2-4mm，所述光电探测装置的成像帧率为15-25fps，所述光纤悬臂的扫描振幅为0.5-0.8mm。
在一些实施例中，扫描光纤内镜探头还包括外层光纤收集阵列；所述外层光纤收集阵列是将若干数量的收集光纤设置在所述扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回所述扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到所述光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列有一层或两层，和/或，所述外层光纤收集阵列有一层或两层。
在一些实施例中，所述外层光纤收集阵列和所述内层光纤收集阵列形成内外收集通道，所述内外收集通道的收集光纤在所述内外收集通道的内外两个圆周上均匀分布，所述内外收集通道用于收集从所述 样品组织散射或反射回的部分探测光，所述内外收集通道的视场大于所述扫描照明光路的视场。
在一些实施例中，所述内外收集通道的收集光纤为塑料光纤，所述内外收集通道的收集光纤的数值孔径大于所述单模光纤的数值孔径。
本说明书实施例的第二方面提供了一种扫描光纤内镜，包括扫描光纤内镜探头和光电探测装置，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路和内层光纤收集阵列；所述扫描照明光路，用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成圆形视场；所述内层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体内用于收集从所述样品组织散射或反射回的探测光；所述光电探测装置收集所述内层光纤收集阵列收集的探测光，并将所述探测光进行检测成像。
在一些实施例中，所述扫描光纤内镜还包括：外层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回所述扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到所述光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，所述扫描照明光路包括：振动部件、透镜组、套管和夹具；所述振动部件设于所述套管的腔体内最内侧且位于所述透镜组的近端；所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述内层光纤收集阵列是由若干收集光纤围成的管状的光纤阵列；所述夹具将所述振动部件固定在套管内且将所述内层光纤收集阵列固定在所述套管和所述振动部件之间，所述内层光纤收集阵列用于收集经过所述透镜组进入所述探头腔体内的部分探测光。
在一些实施例中，所述内层光纤收集阵列有一层或两层，和/或，所述外层光纤收集阵列有一层或两层。
本说明书的第三方面，提供了一种扫描光纤内镜探头，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路和内层光纤收集阵列；所述扫描照明光路，用于将多个光源发出的多光谱激光通过微机电驱动装置在二维平面进行螺旋形扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成二维的圆形视场；所述内层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体内，用于将从所述样品组织散射或反射回的探测光进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，所述扫描照明光路包括：振动部件、透镜组、套管和夹具；所述振动部件设于所述套管的腔体内最内侧且位于所述透镜组的近端；所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，是若干光纤围成管状的光纤阵列；所述夹具将所述振动部件固定在套管内且将所述内层光纤收集阵列固定在所述套管和所述振动部件之间，所述内层光纤收集阵列用于收集经过所述透镜组进入所述探头腔体内的部分探测光。
在一些实施例中，所述振动部件包括压电陶瓷管PZT和单模光纤SMF；所述单模光纤SMF固定设置在压电陶瓷管PZT上，并在所述压电陶瓷管PZT的远端突出延伸预设长度的光纤形成光纤悬臂，所述光纤悬臂在所述压电陶瓷管PZT的带动下自由振动；所述压电陶瓷管PZT在预设频率的交变电压的驱动下，带动所述光纤悬臂在共振模式下进行二维平面的扫描；所述透镜组，设置在所述光纤悬臂的远端，用于将所述单模光纤SMF出射的发散光聚焦成像于所述样品组织；所述光纤悬臂末端与所述透镜组具有合适的焦距，以匹配视场角FOV和光斑大小；所述的压电陶瓷管PZT和所述透镜组被固定设置在所述套管中，其中，所述压电陶瓷管PZT被所述夹具设置在所述套管内。
在一些实施例中，在所述内层光纤收集阵列上的光纤排布方式为管状的均匀分布结构的情况下，在所述内层光纤收集阵列中预设若干对称分布的空隙，所述空隙用于安装所述夹具；根据所述扫描照明光路中所述光纤悬臂形成的空间立体角确定所述内层光纤收集阵列在所述探头内部的轴向位置和直径大小，使得在不干扰照明光路的前提下提高所述内层光纤收集阵列的收集效率。
在一些实施例中，所述扫描光纤内镜探头包括：外层光纤收集阵列，所述外层光纤收集阵列设置在所述套管的外围，用于将从所述样品组织散射或反射回的光进行收集并传导到所述光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，所述外层光纤收集阵列和所述内层光纤收集阵列形成内外双层收集通道，所述内外收集通道的光纤为塑料光纤POF，所述塑料光纤POF在所述内外收集通道的内外两个圆周上均匀分布，所述塑料光纤POF的数值孔径大于所述单模光纤的数值孔径，所述内外收集通道用于收集从所述样品组织散射或反射回的探测光，所述内外双层收集通道的视场大于所述扫描照明光路的视场。
在一些实施例中，所述的外层光纤收集阵列是将若干数量的光纤覆盖所述套管的外侧，围成管状的光纤收集阵列，所述外层光纤收集阵列用于收集传输到扫描光纤内镜探头外部的探测光。
在一些实施例中，所述扫描照明光路中，所述光纤悬臂经腐蚀，所述光纤悬臂的直径缩小预设阈值。
本说明书的第四方面，还提供了一种扫描光纤内镜，所述内镜包括扫描光纤内镜探头和光电检测装置，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路、内层光纤收集阵列和外层光纤收集阵列；所述扫描照 明光路，用于将多个光源发出的多光谱激光通过微机电驱动装置在二维平面进行螺旋形扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成二维的圆形视场；所述内层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体内用于收集从所述样品组织散射或反射回的探测光；所述外层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体外，用于收集传输到扫描光纤内镜探头外部的探测光；所述光电探测装置收集所述内层光纤收集阵列和所述外层光纤收集阵列收集的探测光，并将所述探测光进行检测成像。
在一些实施例中，所述扫描照明光路包括：振动部件、透镜组、套管和夹具；所述振动部件设于所述套管的腔体内最内侧且位于所述透镜组的近端；所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，是若干光纤围成管状的光纤阵列；所述夹具将所述振动部件固定在套管内且将所述内层光纤收集阵列固定在所述套管和所述振动部件之间，所述内层光纤收集阵列用于收集经过所述透镜组进入所述探头腔体内的部分探测光。
前述一些实施例至少可以实现的技术效果有：在一些实施例中，充分利用离探头内部的冗余空间，在探头内部增加内层光纤收集阵列用于收集经过透镜组进入探头腔体内的部分探测光并传导到所述光电探测装置进行检测成像，可以降低斑点噪声的影响并提高对反射光或背向散射光的收集效率，从而增加信噪比，提高内镜的成像质量；在一些实施例中，在扫描光纤内镜探头外部增加外层光纤收集阵列，用于将从样品组织散射或反射回扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像，可以降低斑点噪声的影响并提高对反射光或背向散射光的收集效率，从而增加信噪比，提高内镜的成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对本说明书实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜探头的结构示意图。
图1B是根据本说明书一些实施例的图1中扫描光纤内镜探头沿AA的剖视图。
图2A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。
图2B是图2A的夹具的剖视图。
图3A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。
图3B是图3A的夹具的剖视图。
图4是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。
图5A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。
图5B是图5A的夹具的剖视图。
图6A是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜探头的结构示意图二。
图6B是根据本说明书一些实施例的图7中扫描光纤内镜探头沿BB的剖视图。
图7是根据本说明书一些实施例的内外收集通道的工作原理示意图。
图8是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜系统整体原理示意图。
图9是根据本说明书一些实施例的漫反射体的出射光强随出射角度的变化示意图。
图10是根据本说明书一些实施例的内外层光纤收集效率与光纤悬臂振幅的变化示意图。
图11是根据本说明书一些实施例的内外收集通道的收集效率与内层收集通道轴向位置关系的示意图。
图12是根据本说明书实施例的扫描光纤内镜的原理结构示意图。
标号说明：扫描照明光路10、振动部件11、透镜组12、套管13、夹具14、压电陶瓷管111、单模光纤112、光纤悬臂112a、内层光纤收集阵列20、外层光纤收集阵列30、组织样本40、第一固定槽1411、第一固定孔1412、第一卡槽1413、第一卡扣1414、夹具体1421、内层光纤固定孔1422、振动部件固定孔1423、楔子1424、第二卡扣1431、第二卡槽1432、第二固定孔1433、第二固定槽1434。
具体实施方式
为了使本说明书的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本说明书进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本说明书，并不用于限定本说明书。基于本说明书提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本说明书公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本说明书揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本说明书公开的内容 不充分。
在本说明书中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本说明书的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本说明书所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本说明书所涉及的技术术语或者科学术语应当为本说明书所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“一些”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本说明书所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本说明书所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本说明书所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本说明书所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
在一些实施例中，提供了一种扫描光纤内镜探头，扫描光纤内镜探头可以包括扫描照明光路和内层光纤收集阵列。
在一些实施例中，扫描照明光路包括透镜组，扫描照明光路用于将发出的激光通过进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成视场(如二维的圆形视场)。在一些实施例中，扫描照明光路可以利用多个光源发出的多光谱激光进行扫描。在一些实施例中，扫描照明光路可以利用单个光源发出的单光谱激光进行扫描。在一些实施例中，扫描照明光路可以在二维平面上进行螺旋形扫描。在一些实施例中，扫描照明光路可以进行其他形状的扫描，例如变径圆环形扫描，即一圈扫描完之后再调整半径扫描下一圈。
在一些实施例中，扫描照明光路可以包括微机电驱动装置、单模光纤、透镜组和套管等，其中，微机电驱动装置、单模光纤和透镜组设置在套管的腔体内。微机电驱动装置用于驱动单模光纤进行扫描。在一些实施例中，微机电驱动装置可以为电机致动器、电热致动器、电磁致动器或压电致动器，或其他形式的致动器。其中，压电致动器可以为压电陶瓷管的形式。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列，用于将从样品组织散射或反射回的部分探测光经过透镜组进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。在一些实施例中，照明光路的腔体可以为套管的腔体。在一些实施例中，扫描照明光路发出的光聚焦于样品组织后，经样品组织反射或散射回来的探测光信号可分为两部分，其中一部分是传输至探头外围的探测光，另一部分是经过透镜进入探头腔体内的探测光。而进入探头腔体内的探测光又可分为共聚焦光束与非共聚焦光束，共聚焦光束即样品组织反射或散射回的探测光经透镜会聚后入射到单模光纤的数值孔径接收范围内的光束，反之则为非共聚焦光束。对于经透镜组入射到探头内部的非共聚焦探测光，由内层光纤收集阵列收集。
前述一些实施例通过在扫描照明光路的腔体内设置内层光纤收集阵列，可以增大对探测光的收集效率，从而解决了光能信号收集效率不高的问题，提高了扫描光纤内镜的成像质量。前述一些实施例由于增大了对探测光的收集效率，因此，可以在保证不降低图像质量的前提下，通过例如缩小扫描照明光路的腔体的径向尺寸的方式，来进一步缩小扫描光纤内镜探头的体积。
图1A是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜探头的结构示意图，图1B是根据本说明书一些实施例的图1A中扫描光纤内镜探头沿AA的剖视图。
如图1A和图1B所示，在一些实施例中，扫描光纤内镜探头可以包括扫描照明光路10和内层光纤收集阵列20。在一些实施例中，扫描照明光路10可以包括透镜组12和套管13，内层光纤收集阵列20固定在套管13的腔体内。内层光纤收集阵列用于收集从样品组织散射或反射回并经过透镜组12进入套管13的部分探测光。在一些实施例中，内层光纤收集阵列可以是由至少两根光纤以均匀布置方式围成的管状的光纤阵列。均匀布置方式指的是内层光纤收集阵列的各个收集光纤在光纤阵列的圆周上等间隔分布。在一些实施例中，内层光纤收集阵列可以是由多根收集光纤以非均匀布置方式围成的管状的光纤阵列。非均匀布置方式指的是内层光纤收集阵列的各个收集光纤在光纤阵列的圆周上的间隔部分或全部不同。
在一些实施例中，扫描照明光路10可以包括：振动部件11、透镜组12、套管13和夹具14。其中，在一些实施例中，振动部件11可以包括压电陶瓷管111(PTZ)、单模光纤112(SMF)。在一些实施例中，振动部件11可以设于套管13的腔体内且位于透镜组12的近端，内层光纤收集阵列20位于透镜组12的近端且设置在振动部件11的外侧。近端指的是靠近使用者的一端。在一些实施例中，夹具14将内层光纤收集阵列20固定在套管13和振动部件11之间。
在一些实施例中，夹具14可以有两个，一个夹具14用于固定内层光纤收集阵列20，另一个夹具 14用于固定振动部件11。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20可以位于透镜组12的近端且设置在振动部件11的外侧，内层光纤收集阵列20可以安装在夹具14内。该夹具14的结构可以参考后面关于图3A、图3B、图4的说明内容。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20可以位于透镜组12的近端且设置在振动部件11的外侧，内层光纤收集阵列20可以设置在夹具14外侧。该夹具14的结构可以参考后面关于图2A、图2B、图5A、图5B的说明内容。在一些实施例中，内层光纤收集阵列20可以通过粘接的方式设置在夹具14外侧。
在一些实施例中，单模光纤111可以固定设置在压电陶瓷管112上，并在压电陶瓷管112的远端突出延伸预设长度的光纤悬臂112a，光纤悬臂112a在压电陶瓷管112的带动下自由振动。远端指的是内镜探头插入患者的体腔内的一端。在一些实施例中，压电陶瓷管112在预设频率的交变电压(例如±50v)的驱动下，带动光纤悬臂112a在共振模式下进行二维平面的扫描，压电陶瓷管112的控制信号具有足够的驱动频率，以满足光电探测装置的成像帧率和成像质量。
在一些实施例中，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率可以为5-10kHz。在一些实施例中，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率可以为9.75kHz。在一些实施例中，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率可以为5.46kHz。在一些实施例中，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率可以为7-8kHz。在一些实施例中，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率可以为7.5kHz。
在一些实施例中，光电探测装置的图像像素大于500*500。在一些实施例中，光电探测装置的图像的最小光学分辨率可以为71p/mm。在一些实施例中，光电探测装置的成像帧率可以为15-25fps。
在一些实施例中，光纤悬臂112a的末端具有足够的振动幅度，以满足内镜探头的成像范围。在一些实施例中，光纤悬臂112a的振动幅度可以为0.5-0.8mm。在一些实施例中，光纤悬臂112a的长度可以为2-4mm。在一些实施例中，透镜组12可以设置在光纤悬臂112a的远端，用于将单模光纤111出射的发散光聚焦成像于样品组织。在一些实施例中，光纤悬臂112a的末端与透镜组12的物方主面之间的距离匹配圆形视场的视场角和光斑的大小。在一些实施例中，圆形视场的直径可以为2-12mm。在一些实施例中，圆形视场的直径可以为2.2mm。在一些实施例中，圆形视场的直径可以为10mm。在一些实施例中，压电陶瓷管112和透镜组12可以被固定设置在套管13中，其中，压电陶瓷管112可以被夹具14设置在套管13内。在一些实施例中，根据成像的不同需求，光纤悬臂112a的振动幅度也可以进行相应调整。在一些实施例中，光纤悬臂112a的振动幅度可以为0.1-0.5mm。例如，光纤悬臂112a的振动幅度可以为0.1mm、0.11mm、0.3mm、0.5mm等。
在一具体实施例中，光纤悬臂长度在2-3mm，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率为5.46kHz，光电探测装置的成像帧率为15fps，此时圆形视场的直径为10mm，光纤悬臂112a的振幅为0.5mm。在一具体实施例中，光纤悬臂长度在2-3mm，压电陶瓷管112的控制信号的驱动频率为9.75kHz，光电探测装置的成像帧率为25fps，此时圆形视场的直径为2.2mm，光纤悬臂112a的振幅为0.11mm。
在一些实施例中，在内层光纤收集阵列20上的光纤排布方式为管状的均匀分布结构的情况下，可以在内层光纤收集阵列20中预设若干对称分布的空隙，空隙用于安装夹具14。关于夹具的具体结构，可以参考后面关于图2A-图5B的说明内容，在此不作赘述。
在一些实施例中，可以根据扫描照明光路10中的光纤悬臂112a形成的空间立体角确定内层光纤收集阵列20的内径和在内镜探头内部的轴向位置，使得在不干扰照明光路的前提下提高内层光纤收集阵列20对探测光的收集效率。
在一些实施例中，光纤悬臂112a形成的空间立体角可以为图8中所示的光纤悬臂112a的偏转角α的两倍。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20的受照面到透镜组12的物方主面的距离小于光纤悬臂的远端到透镜组的物方主面的距离，以使得光纤悬臂的振动不干扰内层光纤收集阵列20对探测光的收集，并且能够增加内层光纤收集阵列20对探测光的接收量。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20的受照面到透镜组12的物方主面的距离可以大于或等于光纤悬臂的远端到透镜组12的物方主面的距离，并且在此情况下，光纤悬臂112a的振动不干扰内层光纤收集阵列20对探测光的收集。例如，可以将内层光纤收集阵列20受照面在套管内的轴向位置设置在位于扫描照明光路10形成的空间立体角后方。在一些实施例中，通过将内层光纤收集阵列20的受照面到透镜组12的物方主面的距离设置为大于或等于光纤悬臂的远端到透镜组12的物方主面的距离，能够有效利用扫描光纤内镜探头内腔的空间，在保证圆形视场范围的基础上能够减小探头外部尺寸。
图2A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。图2B是图2A的夹具的剖视图。
如图2A、图2B所示，在一些实施例中，夹具14可以为开口的圆环，圆环的开口处的一端设置第一卡扣1414，圆环的开口处的另一端设置第一卡槽1413，第一卡扣1414插入第一卡槽1413后用第一 固定件将两者相对固定。
在一些实施例中，第一卡扣1414的侧边上开设第一固定孔1412，第一卡槽1413的侧边开设第一固定槽1411，第一卡扣1414插入第一卡槽1413后，第一固定孔1412和第一固定槽1411的位置相对应，通过将第一固定件穿过第一固定槽1411然后插入第一固定孔1412中，将第一卡扣1414和第一卡槽1413相对固定。在一些实施例中，第一固定件可以为螺钉，第一固定孔1412可以为螺孔。
在一些实施例中，第一卡槽1413可以为条形槽，在第一固定件穿过第一固定槽1411然后插入第一固定孔1412中之后，第一卡扣1414和第一卡槽1413可以有不超过第一固定槽1411长度的相对位移。
在一些实施例中，第一卡扣1414可以为棘轮齿形，第一卡槽1413内设与第一卡扣1414的棘轮齿形相对应的凸起，以使第一卡扣1414能够在第一卡槽1413内单向移动，从而能够实现将内层光纤收集阵列20的各个光纤紧固。通过棘轮齿形和凸起的对应设置，能够使得夹具14安装更加方便，对光纤的夹持效果更好。
图3A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。图3B是图3A的夹具的剖视图。
如图3A、3B所示，在一些实施例中，夹具14可以包括夹具体1421。夹具体1421可以开设振动部件固定孔1423和至少两个内层光纤固定孔1422。振动部件固定孔1423用于安装振动部件11，内层光纤固定孔1422用于安装内层光纤收集阵列20的各个收集光纤。在一些实施例中，振动部件1423可以与夹具体1421的中心轴同轴。在一些实施例中，至少两个内层光纤固定孔1422可以相对于夹具体的中心轴周向均匀排布，内层光纤收集阵列20的各个收集光纤分别设置在各个内层光纤固定孔1422中。
在一些实施例中，振动部件固定孔1423的直径可以略小于振动部件11的直径，以使振动部件11与振动部件固定孔1423之间为过盈配合。
在一些实施例中，如图3B所示，振动部件固定孔1423的开口端可以设有带斜度的坡口，以便于振动部件11的装配。
在一些实施例中，振动部件固定孔1423的直径可以等于或略大于振动部件11的直径，通过在振动部件固定孔1423中均匀涂上胶粘物质(例如胶水)，从而将振动部件11固定在振动部件固定孔1423中。
在一些实施例中，振动部件固定孔1423可以为楔形孔，夹具14还可以包括用于插入楔形孔的楔子1424，其中，楔子1424用于将振动部件11卡接在振动部件固定孔1423中，如图4所示。
图5A是根据本说明书一些实施例的夹具的结构示意图。图5B是图5A的夹具的剖视图。
如图5A、5B所示，在一些实施例中，夹具14可以分为第一半圆环和第二半圆环，第一半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡扣1431，第二半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡槽1432，第一卡扣1414插入对应的第二卡槽1432后用第二固定件将两者相对固定。
在一些实施例中，第二卡扣1431的侧边上开设第二固定孔1433，第二卡槽1432的侧边开设第二固定槽1434，第二卡扣1431插入第二卡槽1432后，第二固定孔1433和第二固定槽1434的位置相对应，通过将第二固定件穿过第二固定槽1434然后插入第二固定孔1433中，将第二卡扣1431和第二卡槽1432相对固定。在一些实施例中，第二固定件可以为螺钉，第二固定孔1433可以为螺孔。
在一些实施例中，第二卡槽1432可以为条形槽，在第二固定件穿过第二固定槽1434然后插入第二固定孔1433中之后，第二卡扣1431和第二卡槽1432可以有不超过第二固定槽1434长度的相对位移。
在一些实施例中，第二卡扣1431可以为棘轮齿形，第二卡槽1432内设与第二卡扣1431的棘轮齿形相对应的凸起，以使第二卡扣1431能够在第二卡槽1432内单向移动，从而能够实现将内层光纤收集阵列20的各个收集光纤紧固。
图6A是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜探头的结构示意图二，图6B是根据本说明书一些实施例的图6A中扫描光纤内镜探头沿BB的剖视图。
如图6A和图6B所示，在一些实施例中，扫描光纤内镜探头可以包括扫描照明光路10、内层光纤收集阵列20和外层光纤收集阵列30。
在一些实施例中，扫描照明光路10用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成二维的圆形视场。在一些实施例中，扫描照明光路10可以通过微机电驱动装置驱动单模光纤进行扫描。在一些实施例中，微机电驱动装置可以为电机致动器、电热致动器、电磁致动器或压电致动器，或其他形式的致动器。其中，压电致动器可以为压电陶瓷管的形式。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20，设置在扫描照明光路10的腔体内，用于将样品组织散射或反射回的探测光进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。
外层光纤收集阵列30是将若干数量的收集光纤设置在扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，外层光纤收集阵列30用于将从样品组织散射或反射回扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。在一些实施例中，外层光纤收集阵列30可以包括若干数量的收 集光纤设置在套管13的腔体外围。
外层光纤收集阵列30和内层光纤收集阵列20可以形成内外收集通道。在一些实施例中，内外收集通道的收集光纤可以为塑料光纤。在一些实施例中，内外收集通道的收集光纤在内外收集通道的内外两个圆周上均匀分布，内外收集通道用于收集从样品组织散射或反射回的部分探测光，内外收集通道的视场大于扫描照明光路的视场。在一些实施例中，内外收集通道的收集光纤的数值孔径可以大于单模光纤111的数值孔径。
在一些实施例中，扫描光纤内镜探头的最大外径小于或等于1.5mm。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列20可以有一层或两层，和/或，外层光纤收集阵列30可以有一层或两层。例如，内层光纤收集阵列20有一层，外层光纤收集阵列30有两层。又例如，内层光纤收集阵列20有两层，外层光纤收集阵列30有一层。又例如，内层光纤收集阵列20有两层，外层光纤收集阵列30有两层。通过将内层光纤收集阵列20和/或外层光纤收集阵列30设为两层，可以进一步提高对探测光的收集效率。
图7是根据本说明书一些实施例的内外收集通道的工作原理示意图。
如图7所示，在一些实施例中，经组织样本40反射或散射回来的探测光包括两部分，其中一部分是传输至内镜探头外围的探测光，由外层光纤收集阵列30收集；另一部分是经过透镜组12进入内镜探头内腔的探测光，由内层光纤收集阵列20收集。
前述一些实施例中，利用内镜探头内部的冗余空间，不需要额外的检测通道，在不增加内镜探头外部尺寸，不增加复杂的机械结构和光路的前提下，使用内外收集通道进行光检测，降低了斑点噪声的影响，并大幅度提高了对反射光或散射光的收集效率，增加了信噪比，提高了内镜的成像质量。
在一些实施例中，扫描照明光路中，单模光纤的光纤悬臂经腐蚀处理后的直径小于单模光纤的标准直径。直径更小的光纤悬臂可以达到更高的谐振频率和更大的横向偏移，实现内镜探头整体更高的扫描速率和更大的成像范围。在一些实施例中，扫描照明光路中的光纤悬臂112a的直径小于单模光纤112其他位置的直径。通过仅缩小光纤悬臂112a处的直径，能够提升加工效率、节约加工成本；同时还能使单模光纤112与压电陶瓷管111的配合更加牢靠。
图8是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜系统整体原理示意图。
如图8所示，对扫描照明光路10展开分析，单模光纤112固定于压电陶瓷管111中，并留有一段自由的光纤悬臂112a，通过给压电陶瓷管111施加一定频率的交变电压信号，驱动光纤悬臂在共振模式下进行振动。
如公式1所示，谐振频率由光纤悬臂的机械性质决定：
其中，F为光纤悬臂的谐振频率，E为光纤悬臂的弹性模量，ρ为光纤悬臂的密度，r为光纤悬臂的半径，L为光纤悬臂的长度。
如公式2所示，光纤悬臂的振幅由压电陶瓷管和光纤悬臂的机械性质决定：
其中，z为光纤悬臂的振幅，W为压电陶瓷管施加于光纤悬臂的应力，I为光纤悬臂的惯性矩，L为光纤悬臂的长度。
振动的光纤悬臂与内镜探头的光轴方向形成一定的偏转角，如公式3所示。偏转角由光纤悬臂的长度和振幅共同决定：
其中，α为光纤悬臂的偏转角，L为光纤悬臂的长度。
光纤悬臂的末端发出一定发散角的激光光束，光束经过一定距离的传输后进入透镜组12，光束经过透镜组12后，聚焦在样品组织40上，其存在如公式4的成像关系：
其中，f为透镜组12的焦距，u为光纤悬臂的远端到透镜组12的物方主面的距离(即为物距)， v为透镜组12出射面到样品组织40的距离(即为像距)。
光纤悬臂的振幅和透镜组12的物像关系共同决定了扫描照明光路的成像范围和视场角。
再对内镜探头的内外收集通道进行分析，如图8所示，经过样本组织40反射或散射回的探测光可分为两个部分，一部分为照射到内镜探头外围的外层光纤收集阵列30的接收面上的探测光，另一部分为经过透镜组12入射到内镜探头内腔的内部光纤收集阵列20的接收面上的探测光。这些照射在内外收集光纤阵列的接收面上的探测光被收集并传输到光电探测装置，探测光的光通量由反射或散射回的探测光的光强、收集光纤的数值孔径、光线的入射角以及收集光纤的接收面的面积共同决定。一个接收面的照度有如公式5的表达式：
其中，E为收集光纤的接收面的照度，φ为收集光纤的接收面的光通量，A S为光纤悬臂的发光面元，dA为收集光纤的受照面元，θ 1和θ 2分别为光纤悬臂的发光面和收集光纤的接收面的法线与距离r方向的夹角。
收集光纤的接收面的光通量即为收集光纤的接收面所受照度的积分，如公式6所示：
φ＝∫EdA， (公式6)
照射到收集光纤的接收面的光束并非全部被有效收集，只有小于收集光纤的数值孔径范围内的光能被接收并传输到光电探测装置，这取决于收集光纤的数值孔径大小，如公式7所示：
其中，NA为收集光纤的数值孔径，n为出射介质的折射率，β为光束的接收角。即入射角小于等于接收角的探测光才会被收集并传输。
为了分析内外收集通道的收集效率，可以先建立从样品组织40反射或散射回来的探测光模型，这里采用典型的漫反射体，漫反射的发光表面也称余弦辐射体。
图9是根据本说明书一些实施例的漫反射体的出射光强随出射角度的变化示意图，其中，横轴为光线出射角度，纵轴为出射光强(BRDF)。
如图9所示，漫反射体的发光面的发光强度的空间分布如公式8所示：
I θ＝I Ncosθ， (公式8)
其中，I N为漫反射体的发光面在法线方向的发光强度，I θ为与漫反射体的发光面的法线成任意角度θ的方向上的发光强度。
出射光照射在漫反射体上之后，经过漫反射体反射的那部分光形成余弦辐射体，余弦辐射体在各方向的光亮度相同，余弦辐射体向平面孔径立体角的范围内发出的光通量的计算表达式如公式9所示：
其中， 为平面孔径立体角，U为收集光纤的受照面和漫反射体的发光面形成的孔径角。
在物面亮度均匀的情况下，经过一个成像光学系统后，像点的照度如公式10所示：
其中E' M为像点的照度，n'为像方介质的折射率，n为物方介质的折射率，τ为光学系统的光透射比，U' M为像方孔径角。对于在收集光纤的数值孔径范围内的探测光，将其在受照面的照度进行积分，即可得到所收集到的光通量。
对于外层光纤收集阵列30(即外层)，其对探测光的收集效率只取决于收集光纤的受照面的面积和收集光纤的数值孔径，当所用的收集光纤确定后，其收集效率也相对确定。例如，采用直径为50um，数值孔径为0.6的塑料光纤进行分析。根据公式5、公式6和公式9进行计算仿真，得到光纤悬臂的振幅相对收集效率变化的曲线，如图10所示，图10是根据本说明书实施例的内外层光纤收集效率与光纤悬臂振 幅的变化示意图。
对于内层光纤收集阵列20(即内层)，当采用和外层光纤收集阵列30(即外层)相同的收集光纤时，其设计还受限于光纤悬臂的偏转角、单模光纤的数值孔径以及透镜组12的焦距等参数，需要对其进行分析。
扫描中的光纤悬臂，其末端发出的一定发散角的光束与透镜组12的物方主面形成一个近似锥形的空间立体角。由于内层光纤收集阵列20不能影响扫描照明光路的成像工作，因此内层光纤收集阵列20的内径应介于光纤悬臂的最大偏移量和套管13的内径之间，换句话说，即：内层光纤收集阵列20的内径大于光纤悬臂112a的最大偏移量的两倍且小于套管13的内径，数学表达可以如公式11所示：
2z max＜2R＜D， (公式11)
其中z max为光纤悬臂112a的最大偏移量，R为内层光纤收集阵列20的半径，D为套管13的内径。例如，设计套管13的内径为1mm、物距为1mm，光纤悬臂的最大偏移量为0.25mm，内层光纤收集阵列20采用直径为50um、数值孔径为0.6的塑料光纤。在确定内层光纤收集阵列20所用收集光纤的参数后，其收集效率尽可能高。
内层光纤收集阵列20在套管轴向位置应位于扫描照明光路10形成的空间立体角后方，如公式12所示：
其中，R指的是内层光纤收集阵列20的半径，u指的是光纤悬臂112a的远端到透镜组12的物方主面的距离，L指的是光纤悬臂112a的长度，l指的是内层光纤收集阵列20的受照面与透镜组12的物方主面的距离，α指的是光纤悬臂112a的偏转角。
由于透镜组12的聚焦作用，入射到内镜探头内腔的探测光离焦点越近光能量越大，因此，为了优化内层光纤收集阵列20的位置，结合公式11和公式12，计算仿真得到非共聚焦探测光与内层光纤收集阵列20轴向位置的关系曲线，并与外层光纤收集阵列30进行比较，如图10所示。
从计算结果可以看到，非共聚焦光光通量随内层光纤收集阵列20离透镜组12的距离的增大而上升，并且在达到一定距离后内层光纤收集阵列20的收集效率会高于外层光纤收集阵列30。因此，结合公式6、公式9和公式10，将内层光纤收集阵列20设置为半径0.35mm，轴向位置为离透镜组0.6mm处。因此，在一些实施例中，内层光纤收集阵列20的受照面在套管13内部的轴向位置可以位于透镜组12的焦点处，以尽可能多地收集入射到套管13内部的探测光。
图11是根据本说明书一些实施例的内外收集通道的收集效率与内层收集通道的轴向位置之间的关系的示意图。
如图11所示，对比于外层光纤收集阵列30，内层光纤收集阵列20的设置对于内镜探头整体的收集效率在不同的光纤悬臂偏转角下均有不同程度的提升，最高的情况下提升了113.6％相对收集效率。
对于扫描光纤内镜而言，探测装置接收光强信号是非常重要的指标，本说明书中的收集到的光能量的强弱取决于外层光纤收集阵列30和内层光纤收集阵列20的受照面积、出光面和受光面的相对孔径角和所用收集光纤的数值孔径，本质上是由外层光纤收集阵列30和内层光纤收集阵列20的直径、数量、位置和材料等相关参数所决定的。因此通过对外层光纤收集阵列30和内层光纤收集阵列20的各项参数的设定，获得相比于传统扫描光纤内镜更高的光能，提高成像质量。
图12是根据本说明书一些实施例的扫描光纤内镜的原理结构示意图。
如图12所示，在一些实施例中，扫描光纤内镜包括：激光发射器、扫描光纤内镜探头、探测器和处理装置。
激光发射器将三色激光合成共轴光束，并通过扫描光纤内镜探头中的单模光纤将共轴光束传导到样本组织。
扫描光纤内镜探头可以指前述任一实施例所涉及的扫描光纤内镜探头。
探测器可以指前述任一实施例中所涉及的光电探测装置。探测器将光强信号转换为时序光强电信号。
处理装置，将时序光强度信号、扫描光纤内镜探头的控制驱动信号通过算法处理得到样本组织的图像。
在一些实施例中，扫描光纤内镜探头可以包括扫描照明光路和内层光纤收集通道。扫描照明光路用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成视场。内层光纤收集通道用于将从样品组织散射或反射回的部分探测光经过透镜组进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。在一些 实施例中，扫描照明光路可以通过微机电驱动装置驱动单模光纤进行扫描。在一些实施例中，微机电驱动装置可以为电机致动器、电热致动器、电磁致动器或压电致动器，或其他形式的致动器。其中，压电致动器可以为压电陶瓷管的形式。
在一些实施例中，扫描光纤内镜探头还可以包括外层光纤收集阵列。外层光纤收集阵列设置在扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，用于将从样品组织散射或反射回扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。
在一些实施例中，扫描照明光路可以包括振动部件、透镜组、套管和夹具。振动部件设于套管的腔体内最内侧且位于透镜组的近端。内层光纤收集阵列位于透镜组的近端且设置在振动部件的外侧，内层光纤收集阵列是由若干收集光纤围成的管状的光纤阵列；夹具将振动部件固定在套管内且将内层光纤收集阵列固定在套管和振动部件之间，内层光纤收集阵列用于收集经过透镜组进入扫描光纤内镜探头的腔体内的部分探测光。
在一些实施例中，内层光纤收集阵列可以有一层或两层，和/或，外层光纤收集阵列可以有一层或两层。例如，内层光纤收集阵列有一层，外层光纤收集阵列有两层。又例如，内层光纤收集阵列有两层，外层光纤收集阵列有一层。又例如，内层光纤收集阵列有两层，外层光纤收集阵列有两层。
以上所述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。
以上所述实施例仅表达了本说明书的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本说明书的保护范围。因此，本说明书的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (28)

  1. 一种扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路和内层光纤收集阵列；
    所述扫描照明光路包括透镜组，所述扫描照明光路用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成视场；
    所述内层光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回的部分探测光经过所述透镜组进行收集并传导到光电探测装置进行检测成像。
  2. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述扫描照明光路还包括套管，所述内层光纤收集阵列固定在所述套管的腔体内。
  3. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列是由至少两根收集光纤以均匀布置方式围成的管状的光纤阵列。
  4. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述扫描照明光路还包括：振动部件和夹具；
    所述振动部件设于套管的腔体内且位于所述透镜组的近端；所述夹具将所述振动部件固定在所述套管内。
  5. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述夹具将所述内层光纤收集阵列安装在所述套管和所述振动部件之间。
  6. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述内层光纤收集阵列设置在所述夹具外侧。
  7. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述夹具为开口的圆环，所述圆环的开口处的一端设置第一卡扣，所述圆环的开口处的另一端设置第一卡槽，所述第一卡扣插入所述第一卡槽后用第一固定件将两者相对固定。
  8. 根据权利要求7所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述第一卡扣为棘轮齿形，所述第一卡槽内设与所述第一卡扣的棘轮齿形相对应的凸起，以使所述第一卡扣能够在所述第一卡槽内单向移动。
  9. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述夹具分为第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡扣，所述第二半圆环上的两个端头分别设置一个第二卡槽，所述第一卡扣插入对应的所述第二卡槽后用第二固定件将两者相对固定。
  10. 根据权利要求9所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述第二卡扣为棘轮齿形，所述第二卡槽内设与所述第一卡扣的棘轮齿形相对应的凸起，以使所述第二卡扣能够在所述第二卡槽内单向移动。
  11. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述夹具包括夹具体，所述夹具体开设：
    振动部件固定孔，所述振动部件固定孔与所述夹具体的中心轴同轴；以及
    至少两个内层光纤固定孔，所述至少两个内层光纤固定孔相对于所述夹具体的中心轴周向均匀排布，所述内层光纤收集阵列的各个收集光纤分别设置在所述至少两个内层光纤固定孔中。
  12. 根据权利要求11所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述振动部件固定孔为楔形孔，所述夹具还包括用于插入所述楔形孔的楔子，所述楔子用于将所述振动部件卡接在所述振动部件固定孔内。
  13. 根据权利要求4所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述振动部件包括压电陶瓷管和单模光纤；
    所述单模光纤，固定设置在所述压电陶瓷管上，并在所述压电陶瓷管的远端突出延伸预设长度的光纤以形成光纤悬臂；
    所述压电陶瓷管，用于在预设频率的交变电压的驱动下，带动所述光纤悬臂在共振模式下振动，以进行扫描；
    所述透镜组，设置在所述光纤悬臂的远端，用于将所述单模光纤出射的发散光聚焦成像于所述样品组织；
    所述光纤悬臂的末端与所述透镜组的物方主面之间的距离匹配所述圆形视场的视场角和所述光斑的大小；
    所述压电陶瓷管和所述透镜组被固定设置在所述套管中，其中，所述压电陶瓷管被所述夹具设置在所述套管内。
  14. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列的内径和在套管内部的轴向位置根据所述扫描照明光路中的光纤悬臂在振动过程中形成的空间立体角确定，使得在不干扰照明光路的前提下提高所述内层光纤收集阵列的收集效率。
  15. 根据权利要求14所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列的内径大于所述光纤悬臂的最大偏移量的两倍且小于所述套管的内径。
  16. 根据权利要求14所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列的受照面到所述透镜组的物方主面的距离小于所述光纤悬臂的远端到所述透镜组的物方主面的距离。
  17. 根据权利要求14所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列在所述套管内部的轴向位置满足约束关系：
    其中，R指的是所述内层光纤收集阵列的半径，u指的是所述光纤悬臂的远端到所述透镜组的物方主面的距离，L指的是所述光纤悬臂的长度，l指的是所述内层光纤收集阵列的受照面与所述透镜组的物方主面的距离，α指的是所述光纤悬臂的偏转角。
  18. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列的受照面在套管内部的轴向位置位于所述透镜组的焦点处。
  19. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述扫描照明光路中，单模光纤的光纤悬臂经腐蚀处理后的直径小于所述单模光纤的标准直径。
  20. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述扫描光纤内镜探头的最大外径小于或等于1.5mm，光纤悬臂的长度为2-4mm，所述光电探测装置的成像帧率为15-25fps，所述光纤悬臂的扫描振幅为0.5-0.8mm。
  21. 根据权利要求1所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，还包括外层光纤收集阵列；所述外层光纤收集阵列是将若干数量的收集光纤设置在所述扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回所述扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到所述光电探测装置进行检测成像。
  22. 根据权利要求21所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内层光纤收集阵列有一层或两层，和/或，所述外层光纤收集阵列有一层或两层。
  23. 根据权利要求21所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述外层光纤收集阵列和所述内层光纤收集阵列形成内外收集通道，所述内外收集通道的收集光纤在所述内外收集通道的内外两个圆周上均匀分布，所述内外收集通道用于收集从所述样品组织散射或反射回的部分探测光，所述内外收集通道的视场大于所述扫描照明光路的视场。
  24. 根据权利要求23所述的扫描光纤内镜探头，其特征在于，所述内外收集通道的光纤为塑料光纤，所述内外收集通道的收集光纤的数值孔径大于所述单模光纤的数值孔径。
  25. 一种扫描光纤内镜，其特征在于，所述内镜包括扫描光纤内镜探头和光电探测装置，所述扫描光纤内镜探头包括：扫描照明光路和内层光纤收集阵列；
    所述扫描照明光路，用于将光源发出的激光进行扫描，在样品组织的平面上形成光斑，并形成视场；
    所述内层光纤收集阵列，用于收集从所述样品组织散射或反射回并经过透镜组进行收集的探测光；
    所述光电探测装置收集所述内层光纤收集阵列收集的探测光，并将所述探测光进行检测成像。
  26. 根据权利要求25所述的扫描光纤内镜，其特征在于，所述扫描光纤内镜还包括：
    外层光纤收集阵列，设置在所述扫描照明光路的腔体外围围成管状的光纤收集阵列，用于将从所述样品组织散射或反射回所述扫描照明光路外部的部分探测光进行收集并传导到所述光电探测装置进行检测成像。
  27. 根据权利要求25所述的扫描光纤内镜，其特征在于，所述扫描照明光路包括：振动部件、透镜组、套管和夹具；
    所述振动部件设于所述套管的腔体内最内侧且位于所述透镜组的近端；所述内层光纤收集阵列位于所述透镜组的近端且设置在所述振动部件的外侧，所述内层光纤收集阵列是由若干光纤围成的管状的光纤阵列；所述夹具将所述振动部件固定在套管内且将所述内层光纤收集阵列固定在所述套管和所述振动部件之间，所述内层光纤收集阵列用于收集经过所述透镜组进入所述探头腔体内的部分探测光。
  28. 根据权利要求25所述的扫描光纤内镜，其特征在于，所述内层光纤收集阵列有一层或两层，和/或，所述外层光纤收集阵列有一层或两层。
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