基于NV色心光纤介入式传感器及血管检测系统的制作方法

基于nv色心光纤介入式传感器及血管检测系统
技术领域
1.本发明涉及血管检测技术领域，尤其涉及一种基于nv色心光纤介入式传感器和一种血管检测系统。


背景技术：

2.我国是心脏病高发大国，近年来，心血管病死亡居城乡居民总死亡原因的首位，远高于肿瘤及其他疾病的致死率。传统的血管检查包括血管cta、血管彩超、血管造影等，而具体检测血管病变、钙化需要辅佐x射线对血管进行检查，长期暴漏在x射线下会对人体产生危害。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于nv色心光纤介入式传感器，能够实现对血管的检测和消融治疗。
4.本发明的第二个目的在于提出一种血管检测系统。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于nv色心光纤介入式传感器，包括：金刚石，所述金刚石含有nv色心；入射光纤，所述入射光纤的输入端用以接收激光信号，所述入射光纤的输出端与所述金刚石的第一侧相对设置；出射光纤，所述出射光纤的输入端与所述金刚石的第二侧相对设置，所述出射光纤的输出端用以输出所述金刚石产生的荧光信号，其中，所述第一侧与所述第二侧相对；微波波导，所述微波波导的输入端用以接收微波信号，所述微波波导的输出端与所述金刚石的第三侧相对设置，其中，所述第三侧与所述第一侧、所述第二侧垂直；其中，所述介入式传感器在使用时置入血管，通过所述入射光纤将所述激光信号传输至所述金刚石，并通过所述微波波导将所述微波信号传输至所述金刚石，所述金刚石在所述激光信号和所述微波信号的作用下产生荧光信号，以及通过所述出射光纤输出所述荧光信号至上位机，以便所述上位机根据所述荧光信号得到所述血管的磁信息。
6.进一步地，所述介入式传感器还包括：辐射机构，所述辐射机构设置在所述微波波导的输出端，与所述金刚石的第三侧相对设置，所述辐射机构用于将所述微波信号辐射至所述金刚石。
7.进一步地，所述介入式传感器还包括：扩束器，所述扩束器设置在所述入射光纤的输出端和所述金刚石的第一侧之间，所述扩束器用于对所述激光信号进行扩束处理得到高斯光束。
8.进一步地，所述介入式传感器还包括：第一双色镜，所述第一双色镜设置在所述扩束器与所述金光石的第一侧之间，所述第一双色镜用于将所述高斯光束聚焦到所述金刚石上。
9.进一步地，所述介入式传感器还包括：第二双色镜，所述第二双色镜设置在所述出
射光纤的输出端，所述第二双色镜用于滤除所述荧光信号中的激光信号。
10.进一步地，所述介入式传感器还包括：滤光片，所述滤光片设置在所述第二双色镜远离所述出射光纤的一侧，所述滤光片用于滤除所述荧光信号中的杂散光。
11.根据本发明的一个实施例，所述入射光纤和所述出射光纤相对所述微波波导、所述金刚石对称，且所述入射光纤和所述出射光纤靠近所述金刚石的预设长度的线段均向所述金刚石弯曲设置。
12.根据本发明的一个实施例，所述入射光纤、所述出射光纤、所述微波波导共面设置，且所述入射光纤的输入端、所述出射光纤的输出端、所述微波波导的输入端集中设置。
13.根据本发明的一个实施例，所述介入式传感器还包括：透明腔体，用于封装所述金刚石、所述入射光纤、所述出射光纤和所述微波波导，所述透明腔体呈线形。
14.根据本发明实施例的基于nv色心光纤介入式传感器，能够实现对血管的检测和消融治疗。
15.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种血管检测系统，包括：所述的基于nv色心光纤介入式传感器；激光器，所述激光器与所述入射光纤连接，所述激光器用于产生激光信号；微波发生器，所述微波发生器与所述微波波导连接，所述微波发生器用于产生微波信号；信号收集器，所述信号收集器与所述出射光纤连接，所述信号收集器用于收集荧光信号；上位机，所述上位机分别与所述激光器、所述微波发生器和所述信号收集器连接，用于在所述基于nv色心光纤介入式传感器置入血管后，控制所述激光器产生激光信号，并通过所述入射光纤将所述激光信号传输至所述金刚石，并控制所述微波发生器产生微波信号，并通过所述微波波导将所述微波信号传输至所述金刚石，以使所述金刚石在所述激光信号和所述微波信号的作用下产生荧光信号，以及接收所述信号收集器通过所述出射光纤收集的荧光信号，并根据所述荧光信号得到所述血管的磁信息。
16.根据本发明实施例的血管检测系统，能够实现对血管的检测和消融治疗。
17.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.图1是本发明一个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
19.图2是本发明一个具体实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
20.图3是本发明第一个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
21.图4是本发明第二个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
22.图5是本发明第三个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
23.图6是本发明第四个具体实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
24.图7是本发明第五个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图；
25.图8是本发明一个实施例的激光信号照射到nv色心的能量示意图；
26.图9是本发明一个实施例的血管检测系统的结构示意图。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.下面参考附图1-9描述本发明实施例的基于nv色心光纤介入式传感器及血管检测系统。
29.图1是本发明一个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图。如图1-2所示，基于nv色心光纤介入式传感器100，包括：金刚石11，金刚石11含有nv色心；入射光纤12，入射光纤12的输入端用以接收激光信号，入射光纤12的输出端与金刚石11的第一侧相对设置；出射光纤13，出射光纤13的输入端与金刚石11的第二侧相对设置，出射光纤13的输出端用以输出金刚石11产生的荧光信号，其中，第一侧与第二侧相对；微波波导14，微波波导14的输入端用以接收微波信号，微波波导14的输出端与金刚石11的第三侧相对设置，其中，第三侧与第一侧、第二侧垂直。其中，介入式传感器100在使用时置入血管，通过入射光纤12将激光信号传输至金刚石11，并通过微波波导14将微波信号传输至金刚石11，金刚石11在激光信号和微波信号的作用下产生荧光信号，以及通过出射光纤13输出荧光信号至上位机，以便上位机根据荧光信号得到血管的磁信息。
30.具体地，可通过激光器产生任意波长的激光信号(如：532nm波长的激光信号)，激光信号经过入射光纤12耦合射出至金刚石11，激发金刚石11内的nv色心，使nv色心产生红色荧光信号。可通过上位机向微波发生器发送命令，使微波发生器产生特定频率的微波信号，特定频率的微波信号经过微波波导14传输至金刚石11，作用到nv色心上，改变nv色心的荧光强度。例如：当微波频率匹配于nv色心周围的外磁场时，nv色心的荧光强度会降低；当微波频率不完全匹配于外磁场时，nv色心的荧光强度只降低一部分。
31.需要说明的是，参见图2，入射光纤12和出射光纤13相对微波波导14、金刚石11对称，且入射光纤12和出射光纤13靠近金刚石11的预设长度的线段均向金刚石11弯曲设置。入射光纤12、出射光纤13、微波波导14共面设置，且入射光纤12的输入端、出射光纤13的输出端、微波波导14的输入端集中设置。由此，利用光纤方式连接增加稳定性。
32.进一步地，通过出射光纤13输出荧光信号至上位机，以便上位机根据荧光信号得到血管的磁信息。
33.具体地，nv色心基态与激发态的能量对应的波长为637nm。所以在使用小于637nm波长的激光信号照射到nv色心时，nv色心基态上的电子就会吸收能量跃迁到激发态上，基态电子跃迁到激发态上，但是由于激发态上的电子不稳定，所以会发生跃迁，产生辐射(发光)跃迁到基态上。其中，激发态ms＝
±
1上的电子，并不是完全直接按照原路返回的，有一部分直接辐射跃迁到基态，但是还有部分通过无辐射跃迁，通过内部交叉弛豫过程衰减到亚稳态上，然后再无辐射跃迁到基态，这一过程不发射辐射(也就是不发光)。对于nv色心来讲，nv色心自旋在基态和激发态之间的跃迁是守恒的。但是经过亚稳态的跃迁是不守恒的，由于经过亚稳态的跃迁是无辐射跃迁，所以经过亚稳态的跃迁概率越大那么其荧光信号就会越微弱。因此我们可以通过荧光强度来判断nv色心的电子自旋态。
34.进一步地，参见图8，当处于无磁场环境时，在无磁场环境、连续波谱的扫描之下，nv色心的基态电子首先从基态跃迁简并的二重态，而在微波信号的频率为2.87ghz时就会发生跃迁，连续波谱在2.87ghz只会产生一个波峰。当处于有磁场的环境时，由于磁场的作用，此时的简并二重态的两种状态就会发生分离，两种状态之间的能量差为2γb，以
2.87ghz为中心，对称分布。所以，在连续波谱的作用之下，就会出现两个波峰，这两个波峰是相对于2.87ghz对称分布的。由于磁旋比γ是一个已知量，所以在测量的时候只需要知道两个波峰之间的距离，即可以得到磁场b的大小。
35.综上所述，该基于nv色心光纤介入式传感器100，通过金刚石11、入射光纤12、出射光纤13、微波波导14，以及通过搭载在介入式手术消融探头上，实现对血管的检测和消融治疗。
36.图3是本发明第一个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图。如图3所示，介入式传感器100还可包括：透明腔体15，用于封装金刚石11、入射光纤12、出射光纤13和微波波导14，透明腔体15呈线形。
37.由此，介入式传感器100，通过将封装金刚石11、入射光纤12、出射光纤13和微波波导14的透明腔体15置入血管，实现对血管的检测和消融治疗。
38.图4是本发明第二个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图。如图2、图4所示，介入式传感器100还可包括：辐射机构16，辐射机构16设置在微波波导14的输出端，与金刚石11的第三侧相对设置，辐射机构16用于将微波信号辐射至金刚石11。
39.由此，介入式传感器100，通过微波波导14和辐射机构16，将微波信号辐射至金刚石11。
40.图5是本发明第三个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图。如图5所示，介入式传感器100还可包括：扩束器17。扩束器17设置在入射光纤12的输出端和金刚石11的第一侧之间，扩束器17用于对激光信号进行扩束处理得到高质量、小扩散角的高斯光束。
41.进一步地，参加图6，介入式传感器100还可包括：第一双色镜18，第一双色镜18设置在扩束器17与金光石10的第一侧之间，第一双色镜18用于将高斯光束聚焦到金刚石11上。
42.由此，介入式传感器100，通过第一双色镜18，将激光信号经过扩束器17得到的高斯光束聚焦到金刚石11上。
43.图7是本发明第五个实施例的基于nv色心光纤介入式传感器的结构示意图。如图7所示，介入式传感器100还可包括：第二双色镜19，第二双色镜19设置在出射光纤13的输出端，第二双色镜19用于滤除荧光信号中的激光信号。
44.具体地，nv发出的红色荧光信号经过出射光纤13后，可透过由一组650nm长波长通和775nm短波长通组合成的双色镜，滤除荧光信号中的激光信号(如：532nm的激发光和其他杂散光)。
45.由此，介入式传感器100，通过第二双色镜19，滤除荧光信号中的激光信号。
46.图9是本发明一个实施例的血管检测系统的结构示意图。如图9所示，血管检测系统200，包括：上述的基于nv色心光纤介入式传感器100；激光器21，激光器21与入射光纤12连接，激光器21用于产生激光信号；微波发生器22，微波发生器22与微波波导14连接，微波发生器22用于产生微波信号；信号收集器23，信号收集器23与出射光纤13连接，信号收集器23用于收集荧光信号；上位机24，上位机24分别与激光器21、微波发生器22和信号收集器23连接，用于在基于nv色心光纤介入式传感器100置入血管后，控制激光器21产生激光信号，并通过入射光纤12将激光信号传输至金刚石11，并控制微波发生器22产生微波信号，并通
过微波波导14将微波信号传输至金刚石11，以使金刚石11在激光信号和微波信号的作用下产生荧光信号，以及接收信号收集器23通过出射光纤13收集的荧光信号，并根据荧光信号得到血管的磁信息。
47.可选地，信号收集器23由荧光收集结构、单光子探测器和模数转换器组成，其功能是采集nv色心的荧光信号，并上传到上位机24中。具体为，nv色心的荧光信号被荧光收集结构收集到单光子探测器中，在光电探测器中转化为电信号，并被模数转换器转换为数字信号上传到上位机24中。
48.需要说明的是，前述对基于nv色心光纤介入式传感器100实施例的解释说明也适用于该实施例的血管检测系统200，此处不再赘述。
49.综上所述，该血管检测系统200，通过基于nv色心光纤介入式传感器100、激光器21、微波发生器22、信号收集器23、上位机24，实现对血管的检测和消融治疗。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
51.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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
52.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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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。
54.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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。