一种多模态腔内成像系统的制作方法

1.本技术涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种多模态腔内成像系统。


背景技术：

2.急性冠状动脉综合症的发生是由于冠状动脉血管内的粥状硬化斑块破裂，导致冠状动脉内形成了血栓引起。大多数急性冠状动脉综合症病例都是薄囊性纤维动脉瘤破裂导致，即所谓的“易损斑块”破裂。及时准确的识别出患者冠状动脉血管中存在的“易损斑块”并对齐分布情况进行分析评估有利于指导医师对病患提出建设性的治疗方案。
3.光学相干层析成像技术(optical coherence tomography，oct)是基于底相干干涉原理获取深度方向的层析能力，通过扫描可以重构处生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，其信号对比度源于生物组织或材料内部光学反射或散射特性的空间变化。oct可以识别血管造影或血管内超声无法准确识别的冠状动脉斑块特征。但是，oct对脂类(易损斑块的重要组成部分)的检测受到亚最佳特异性的限制。
4.近红外光谱法(near-infrared spectroscopy，nirs)是一种新型的血管内成像技术，可提供与脂质核中胆固醇酯的存在有关的化学评估，并可通过其光谱指纹图谱将胆固醇与管状斑块中的胶原蛋白区分开来，nirs已经被证明可以准确的对人体组织中富含脂质的斑块进行评估，并且是唯一获得fda批准的鉴定冠状动脉脂质的方法。
5.oct用于斑块结构和nirs用于斑块组成的互补性成像模式是目前较为前沿的技术，结合oct与nirs的混合成像模式可以实现对病患血管内脂质斑块结构与成分的准确预估，这样的系统设计对医师与患者都存在巨大的积极意义。
6.但是，相关技术中，oct/nirs的混合成像技术为了保证oct具有足够的成像精度，在硬件上扫频光源的波长通常较长，导致在对“易损斑块”进行检测时的再现性较差。


技术实现要素：

7.本技术提供一种多模态腔内成像系统，能够以不同中心波长的扫频光源对血管内组织进行成像，能够清楚识别血管内的冠状动脉斑块和脂质斑块，能够提高对“易损斑块”进行检测的再现性。
8.根据本技术的一个方面，提供了一种多模态腔内成像系统，包括：第一扫频光源、第二扫频光源、第一光纤耦合器、时分复用器和成像导管；
9.所述第一扫频光源与所述第一光纤耦合器相连接；所述第一光纤耦合器的样品臂通过所述时分复用器与成像导管光信号连接；所述第二扫频光源通过所述时分复用器与所述成像导管光信号连接；
10.其中，所述第一扫频光源和所述第二扫频光源可发出不同中心波长的光；所述成像导管可根据所述第一扫频光源和所述第二扫频光源发出的光对腔内组织进行探测成像。
11.在一种可能的设计方式中，所述成像导管包括两个成像探头，两个所述成像探头中的一个分别与所述第一扫频光源和所述第二扫频光源相连接；
12.分别与所述第一扫频光源和所述第二扫频光源相连接的所述成像探头可用于将所述第一扫频光源和所述第二扫频光源发出的光照射至所述腔内组织上，并接收回波信号；两个所述成像探头中的另一个用于接收所述第二扫频光源的回波信号。
13.在一种可能的设计方式中，所述多模态腔内成像系统还包括连接于所述时分复用器和所述成像导管之间的旋转接头，两个所述成像探头的回波信号可通过所述旋转接头分光路传输。
14.在一种可能的设计方式中，所述多模态腔内成像系统还包括连接于所述时分复用器和所述旋转接头之间的第一光纤环形器，所述第一光纤环形器的一端口与所述时分复用器相连接，所述第一光纤环形器的二端口与所述旋转接头相连接；
15.与所述第一扫频光源相连接的成像探头的回波可通过所述第一光纤环形器的二端口进入所述第一光纤环形器，并从所述第一光纤环形器的三端口向外传输。
16.在一种可能的设计方式中，所述旋转接头的第一端口与所述第一光纤环形器的二端口相连；所述旋转接头的第二端口与所述成像导管相连；所述旋转接头的第三端口通过光电探测器与信号处理及显示设备相连接，所述信号处理及显示设备用于对所述成像探头的回波进行解析并显示成像。
17.在一种可能的设计方式中，所述旋转接头为双光路滑环。
18.在一种可能的设计方式中，所述第一光纤耦合器的参照臂通过第二光纤环形器与准直器相连接，所述准直器发出的光可通过镜面反射，并经过所述第二光纤环形器的二端口从所述第二光纤环形器的三端口向外传输。
19.在一种可能的设计方式中，所述第一光纤环形器的三端口和所述第二光纤环形器的三端口通过第二光纤耦合器与平衡光电探测器相连接，所述平衡光电探测器用于将所述第二光纤耦合器输出的光信号转化为电信号。
20.在一种可能的设计方式中，所述平衡光电探测器与所述信号处理及显示设备相连接，所述信号处理及显示设备用于对所述平衡光电探测器输出的电信号进行解析并显示成像。
21.在一种可能的设计方式中，所述系统还包括控制设备，所述控制设备分别与所述第一扫频光源和所述第二扫频光源相连接，所述控制设备可分别控制所述第一扫频光源和所述第二扫频光源交替启动。
22.本技术实施例，通过设置能够发出不同中心波长的光的第一扫频光源和第二扫频光源，第一扫频光源发出的光经第一光纤耦合器分光后，样品光通过时分复用器进入成像导管对血管内组织进行检测；而第二扫频光源发出的光通过时分复用器进入成像导管对血管内组织进行检测；这样，第一扫频光源可以单独对血管内的表面微结构进行识别，而第二扫频光源可以单独对血管内壁对应区域的脂质含量进行评估。与现有技术相比，在对脂质含量进行评估时，能够采用具有较好吸收峰的中心波长的光进行评估识别，从而能够提高对脂质斑块或者易损斑块识别成像的再现性。
23.本技术的构造以及它的其他目的及有益效果将会通过结合附图进行详细说明，以保证对优选实施例的描述更加明显易懂。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。
25.图1是本技术实施例提供的斜管内成像系统的整体结构框图；
26.图2是本技术实施例提供的旋转接头的内部结构框图；
27.附图标记说明：
28.101-第一扫频光源；102-第二扫频光源；103-第一光纤耦合器；104-时分复用器；105-成像导管；106-旋转接头；107-第一光纤环形器；108-光电探测器；109-信号处理及显示设备；110-第二光纤环形器；111-准直器；112-镜面；113-第二光纤耦合器；114-平衡光电探测器；115-控制设备；
29.1051-成像探头；1061-第三光纤耦合器；
30.200-血管壁；300-脂质斑块。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.在本技术实施例的描述中，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。在本技术的描述中，“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。
33.在本技术中，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技术中的具体含义。
34.在本技术中，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。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系(若有的话)为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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技术的限制。
36.急性冠状动脉综合症是的发生是由于冠状动脉血管内的粥状硬化斑块破裂，导致
冠状动脉内形成了血栓。尸检研究表面，大多数急性冠状动脉综合症病例都是薄囊性纤维动脉瘤破裂导致，即所谓的“易损斑块”，“易损斑块”的主要组分为大量富含脂质的坏死巨噬细胞。显而易见，及时准确地识别出患者冠状动脉血管中存在的“易损斑块”并对其分布情况进行评估将会有利于指导医师对于病患提出建设性的治疗方案。
37.oct是基于低相干干涉原理获得深度方向的层析图像，通过扫描可以重构出生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，其信号的对比度源于生物组织或材料内部光学反射(散射)特性的空间变化。它可以识别血管造影或血管内超声无法准确识别的冠状动脉斑块特征。
38.尽管oct的出色空间分辨率可以识别许多噬菌斑结构特征，但oct对脂类(易损斑块的重要组成部分)斑块的检测受到亚最佳特异性的限制。
39.nirs是一种新型的血管内成像技术，可提供与脂质核中胆固醇酯的存在有关的化学评估，并可通过其独特的光谱指纹图谱将胆固醇与冠状斑块中的胶原蛋白区分开来。经过广泛而严密的验证，nirs已经被证明可以准确的对人体组织中富含脂质的斑块进行评估，并且是唯一获得食品药监管理局(food and drug administration，fda)批准的鉴定冠状动脉脂质的方法。
40.oct用于斑块结构的成像和nirs用于斑块组成的评估的互补性成像模式是目前较为前沿的技术，结合oct与nirs的混合成像模式可以实现对病患血管内脂质斑块结构与成分的准确预估，这样的系统设计对医师与患者都存在巨大的积极意义。
41.目前，oct/nirs的混合成像技术已经在临床上得以应用，oct/nirs混合成像系统采用一个驱动光源，为了保证oct成像具有足够的成像精度，硬件上扫频光源的波长通常考虑以oct成像精度为优先。但是，从理论上分析，脂质在1200nm波长处具有较好的吸收峰谱。这样，oct/nirs混合成像系统的驱动光源难以满足对脂质斑块的评估需求，在对脂质斑块进行评估时，再现性较差，无法为指导医生提供准确的评估结果，导致指导医生无法给用户提供指导性的治疗建议。
42.针对oct/nirs混合成像技术存在的问题，本技术实施例提供一种多模态腔内成像系统，通过采用两个扫频光源，其中一个扫频光源发出适于oct成像的波长长度的光，另一个扫频光源可发出适于nirs对脂质斑块进行评估分析的波长长度的光；并将两个扫频光源通过时分复用器连接到成像探头，这样，就可以分别得到较高成像精度的oct成像和较好吸收峰谱的nirs评估结果，能够提高对血管壁对应区域的脂质含量评估的再现性，从而为指导医生提供准确的评估结果。
43.具体的，参照图1所示，图1是本技术实施例提供的斜管内成像系统的整体结构框图。一种多模态腔内成像系统，包括：第一扫频光源101、第二扫频光源102、第一光纤耦合器103、时分复用器104和成像导管105。
44.具体的，本技术实施例中，第一扫频光源101和第二扫频光源102可以是扫频激光光源，例如超辐射发光二极管。
45.其中，第一扫频光源101可以发出适于oct成像的波长长度的光线，例如发出中心波长为1310nm的近红外光。第二扫频光源102可以发出适于nirs评估成像的波长长度的光线，例如发出中心波长为1200nm的近红外光。
46.具体的，本技术实施例中，第一光纤耦合器103可以是1x2类型光纤耦合器，其分光
比可以为90/10；其中，90分光可以作为样品光，对待检测的样品(例如血管组织)进行检测，10分光可以作为参考光，与检测回波进行混合后作为参考使用。
47.本技术实施例中，第一扫频光源101与第一光纤耦合器103相连接；第一光纤耦合器103的样品臂通过时分复用器104与成像导管105光信号连接；第二扫频光源102通过时分复用器104与成像导管105光信号连接。
48.具体的，第一扫频光源101的尾纤与第一光纤耦合器103相连接，第一光纤耦合器103的样品臂具体可以是90分光臂与时分复用器104相连后，时分复用器104再与成像导管105相连接。这样，第一扫频光源101发出的光可以经过第一光纤耦合器103、时分复用器104和成像导管105照射到血管组织上，并根据回波信号对腔内进行成像。
49.需要说明的是，本技术实施例中，第二扫频光源102的尾纤通过时分复用器104与成像导管105相连接，这样，第二扫频光源102发出的光可通过时分复用器104和成像导管105照射到血管组织上，并根据回波信号对血管内的脂质斑块进行评估。
50.可以理解，时分复用器104可以在同一根光纤中同时让两个或两个以上光波长信号通过不同光信道各自传输信息，因此，第一扫频光源101和第二扫频光源102经过时分复用器104后可以在同一根光纤中传播至成像导管105。
51.本技术实施例，通过设置能够发出不同中心波长的光的第一扫频光源101和第二扫频光源102，第一扫频光源101发出的光经第一光纤耦合器103分光后，样品光通过时分复用器104进入成像导管105对血管内组织进行检测；而第二扫频光源102发出的光通过时分复用器104进入成像导管105对血管内组织进行检测；这样，第一扫频光源101可以单独对血管内的表面微结构进行识别，而第二扫频光源102可以单独对血管内壁对应区域的脂质含量进行评估。与现有技术相比，在对脂质含量进行评估时，能够采用具有较好吸收峰的中心波长的光进行评估识别，从而能够提高对脂质斑块或者易损斑块识别成像的再现性。
52.可选的，继续参照图1所示，本技术实施例中，成像导管105包括两个成像探头1051，两个成像探头1051中的一个分别与第一扫频光源101和第二扫频光源102相连接，
53.分别与第一扫频光源101和第二扫频光源102相连接的成像探头1051可用于将第一扫频光源101和第二扫频光源102发出的光照射至腔内组织上，并接收回波信号；两个成像探头1051中的另一个用于接收第二扫频光源102的回波信号。
54.具体的，参照图1所示，本技术实施例中，在成像导管105内可以设置有光纤耦合器，该光线耦合器可以是1x2型的，光纤耦合器的两个端口可以分别与两个成像探头1051相连接，从而将第一扫频光源101和第二扫频光源102发出的光从成像探头1051照射到血管组织200以及脂质斑块300上。
55.在近红外光照射到血管组织200或者脂质斑块300上后，被血管组织200或脂质斑块300反射或者散射，两个成像探头1051可接收、探测或者检测到反射或散射回的回波光线。
56.具体的，参照图1所示，本技术实施例中，位于图1中示出的下侧的成像探头1051可以分别与第一扫频光源101和第二扫频光源102相连接。即该成像探头1051可以分时段分别将第一扫频光源101和第二扫频光源102发出的光照射到血管组织200或脂质斑块300上，并接收第一扫频光源101和第二扫频光源102的光经过血管组织200或脂质斑块300反射或者散射的回波光线。
57.需要说明的是，本技术实施例中，紧以图1中示出的下侧成像探头1051作为示例进行说明，本领域技术人员能够理解，在一些可选示例中，也可以是另一个成像探头1051分别与第一扫频光源101和第二扫频光源102相连接。本技术实施例对成像探头1051的具体位置不做限定。
58.本技术实施例中，通过控制第一扫频光源101和第二扫频光源102在不同时间段发光，能够避免第一扫频光源101和第二扫频光源102发出的光之间的相互干扰。并且通过其中一个成像探头1051来将第二扫频光源102发出的光照射到血管组织200或脂质斑块300上，通过另一个成像探头1051来接收脂质斑块300的回波光线。这样，回波光线和入射光线之间不会发生相互干扰；因此，能够提高探测成像的精度和评估结果的再现程度。
59.可选的，继续参照图1所示，本技术实施例提供的多模态腔内成像系统还包括连接于时分复用器104和成像导管105之间的旋转接头106，两个成像探头1051的回波信号可通过旋转接头106分光路传输。
60.具体的，本技术实施例中，旋转接头106可以是双光路滑环。
61.具体的，参照图2所示，图2是本技术实施例提供的旋转接头的内部结构框图。本技术实施例中，双光路滑环内设有第三光纤耦合器1061，时分复用器104的尾纤与旋转接头106的第一端口(具体可以是图2中的a端口)相连接；旋转接头106的第二端口(具体可以是图2中的b端口)与成像导管105相连；旋转接头106的第三端口(具体可以是图2中的c端口)通过光电探测器108与信号处理及显示设备相109连接，信号处理及显示设备109用于对成像探头1051的回波进行解析并显示成像。
62.其中，显示设备109可以是液晶显示屏或者显示器。在液晶显示屏和这显示器上可以内置有能够对回波信号进行分析处理的处理器，例如中央处理器(central processing unit，cpu)或者微控制单元(microcontroller unit，mcu)。当然，处理器也还可以是其他类型的处理器，本技术实施例中不再一一列举。
63.这样，信号处理及显示设备109将回波信号处理为指导医生能够识别和读取的图像或其他数据并进行显示，方便指导医生进行分析。
64.本技术实施例中，通过设置旋转接头，可以将成像导管105的回波光线分光路传播，能够避免oct成像和nirs评估的回波光线相互干扰，提高了对血管内成像的精度和再现性。
65.可以理解的是，为了避免回波光线与第一扫频光源101或者第二扫频光源102发出的光线相互干扰。参照图1所示，本技术实施例中，在时分复用器104和旋转接头106之间连接有第一光纤环形器107，第一光纤环形器107的一端口与时分复用器104相连接，第一光纤环形器107的二端口与旋转接头106相连接；
66.与第一扫频光源101相连接的成像探头1051的回波可通过第一光纤环形器107的二端口进入第一光纤环形器107，并从第一光纤环形器107的三端口向外传输。
67.这样，入射光线在第一光纤环形器107内仅能沿一个方向传播，即从一端口进入的光线仅能从二端口射出，从二端口进入的光线仅能从三端口射出；能够有效避免第一扫频光源101发出的光线与成像探头1051的回波光线之间发生干涉。
68.需要说明的是，本技术实施例中，第一光纤环形器107的二端口与旋转接头106的第一端口相连接。
69.可选的，本技术实施例中，第一光纤耦合器103的参考臂通过第二光纤环形器110与准直器111相连接，准直器111发出的光可通过镜面112反射，并经过第二光纤环形器110的二端口从第二光纤环形器110的三端口向外传输。
70.具体的，可通过调整镜面112的位置来适配oct光学系统的相干波长长度。
71.可选的，第一光纤环形器107的三端口和第二光纤环形器110的三端口通过第二光纤耦合器113与平衡光电探测器114相连接，平衡光电探测器114用于将第二光纤耦合器113输出的光信号转化为电信号。
72.其中，第二光纤耦合器113可以是2x2型耦合器，其分光比为50/50。
73.即第一扫频光源101的回波光线与镜面反射的回波光线两束光线在第二光纤耦合器113内发生相干干涉，然后分成两束相位差π/2的拍波信号进入平衡光电探测器114中，平衡光电探测器114将光信号转化为电信号后，方便后续分析处理。
74.本技术实施例，通过设置平衡光电探测器，能够显著消除接收机噪声和电子线路噪声对为弱光信号检测的影响，能够提高oct成像的精度。
75.具体的，平衡光电探测器114与所述信号处理及显示设备109相连接，信号处理及显示设备109用于对平衡光电探测器114输出的电信号进行解析并显示成像。
76.可选的，本技术实施例提供的斜管内成像系统还包括控制设备115，控制设备115分别与第一扫频光源101和第二扫频光源102相连接，控制设备115可分别控制第一扫频光源101和第二扫频光源102交替启动。
77.具体的，本技术实施例中，第一扫频光源101和第二扫频光源102可以通过控制设备115以电控方式分时段工作，即分别驱动oct成像和nirs评估。
78.其中，控制设备115可以是具有控制器的电脑、笔记本电脑、平板电脑或者个人数字计算机等。
79.下面，对本技术实施例提供的多模态腔内成像系统的光路传输情况进行详细说明：
80.第一扫频光源101的出光经第一光纤耦合器103后，光束一分为二，一路作为样品信号(分光90)，一路作为参考信号(分光10)，样品信号经过时分复用器104进入第一光纤环形器107的一端口，光信号通过第一光纤环形器107的二端口出射进入旋转接头106中，旋转接头106内部的第三光纤耦合器1061将信号光导入成像导管105中，信号光通过成像导管105的成像探头1051打在靶点组织(血管壁200或者脂质斑块300等)，回波信号经过成像探头1051耦合进入光纤中，经过旋转接头106的第一端口进入到第一光纤环形器107的二端口，从第一光纤环形器107的三端口出射进入到第二光纤耦合器113。
81.参考信号接入第二光纤环形器110的一端口，从第二光纤环形器110的二端口进入光纤准直器111并出射为空间光，然后打在镜面111上，镜面111回波通过光纤准直器111收集耦合进入光纤中。回波经过第二光纤环形器110的二端口从三端口出射进入第二光纤耦合器113中，两束光在第二光纤耦合器113中发生相干干涉后，分成两束相位偏差π/2的拍波信号通入平衡光电探测器114中。
82.第二扫频光源102的出光经尾纤接入时分复用器104中，出射进入第一光纤环形器107的一端口，从第一光纤环形器107二端口出射进入旋转接头106的第一端口，光束从旋转接头106的第二端口出射进入成像导管105，在经过成像导管105的成像探头1051后打在靶
点组织(血管壁200或者脂质斑块300等)，信号加载脂质斑块300的信息后经过成像导管105的成像探头1051耦合进入光纤内，光信号经旋转接头106的第二端口从其第三端口输出进入到光电探测器108中。
83.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。