[發(fā)明專利]一種單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410147872.0
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103932659B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊卓青;徐秋;孫濱;丁桂甫;姚錦元
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61B1/05
• 分類號: A61B1/05
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種能夠用于高分辨率內(nèi)窺鏡檢查電磁驅(qū)動(dòng)的單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡都是利用ＣＣＤ或者ＣＭＯＳ圖像傳感器，在人體腸胃檢查的時(shí)候，由于人體內(nèi)部非常小的空間，如果要制造出如此小的內(nèi)窺鏡，人們會(huì)面臨著一個(gè)巨大的困難：很難制造出如此小尺寸的圖像傳感器。以微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和制造的電磁驅(qū)動(dòng)的微型單光纖掃描探頭則能夠?qū)崿F(xiàn)小直徑、高分辨率的內(nèi)窺鏡。

掃描探頭主要由單纖維光纖、圓管表面的傾斜驅(qū)動(dòng)線圈、永久磁鐵、固定支座、微細(xì)圓管等幾部分組成。一個(gè)準(zhǔn)直鏡固定在單纖維光纖的一端，一個(gè)圓柱型的永久磁鐵固定在光纖的中央。利用非平面光刻加工工藝，在一個(gè)外徑很小的細(xì)圓管表面上設(shè)置傾斜的驅(qū)動(dòng)線圈。這個(gè)細(xì)圓管的中央有單纖維光纖，當(dāng)一些以一定周期變化的交流電施加在細(xì)管外面的線圈上時(shí)，在線圈的周圍將會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，固定在單纖維光纖上的永久磁鐵將會(huì)受到磁場力的作用，有周期的振動(dòng)起來。通過制造傾角相互垂直的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈和供給變化的電流，固定在單纖維光纖上的磁鐵將會(huì)受到兩個(gè)不同方向的作用力，帶動(dòng)單纖維光纖在平面上沿不同的方向運(yùn)動(dòng)，單纖維光纖能夠在二維平面上掃描。通過探測到單纖維光纖振動(dòng)到的每一個(gè)位置的反射光線，就可以看到高分辨率的圖像。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Tadao?Matsunaga等在《Micro?Electro?Mechanical?Systems(MEMS),2010IEEE23rd?International?Conference?on24-28Jan.2010》（“微電子機(jī)械系統(tǒng)，2010年1月24日—28日第23屆美國電子和電氣工程師協(xié)會(huì)國際會(huì)議”，第999-1002頁）發(fā)表了題為“Electromagnetically?driven?ulutra-miniature?single?fiber?scanner?for?high-resolution?endoscopy?fabricated?on?cylindrical?substrates?using?MEMS?process”（“對于通過微加工過程在圓柱形基板上構(gòu)造高分辨率內(nèi)窺鏡的電磁驅(qū)動(dòng)的超小光纖掃描儀”）的論文，提出了以圓柱型聚酰亞胺管表面為基板，在其上電鍍銅金屬的方法來實(shí)現(xiàn)這些傾斜的線圈，使其繞在細(xì)管上構(gòu)成了一種微型單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭，該掃描探頭利用了圓柱激光刻蝕的加工工藝，該項(xiàng)工藝比較復(fù)雜，并且需要大型曝光設(shè)備，操作起來也不方便。如果把金屬銅絲直接繞在圓柱型圓管的表面上，則通常僅能纏繞出螺線管形式的線圈，根本無法實(shí)現(xiàn)具有較大傾斜角的可靠驅(qū)動(dòng)線圈，這也正是上述文獻(xiàn)中不得不采用激光刻蝕和電鍍方式在微細(xì)圓管表面制造傾斜線圈的主要原因。如何能夠利用簡便、經(jīng)濟(jì)的方式在微細(xì)圓管的表面制作可靠、穩(wěn)定的大角度傾斜驅(qū)動(dòng)線圈，并以此來實(shí)現(xiàn)微型單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭，一直是人們努力的方向。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于發(fā)明一種能夠在微細(xì)圓管表面上制作大角度傾斜線圈完成單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭的方法，并希望其工藝過程比較簡單和便捷，讓人們更方便制造這種大范圍的單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種工藝過程簡單、便捷，并能夠直接把傾斜式的線圈繞在微細(xì)圓管表面上的單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭及其制備方法，解決前述在微細(xì)圓管表面利用激光刻蝕和電鍍方法制作傾斜線圈時(shí)的工藝?yán)щy、高成本和復(fù)雜程度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明利用3D打印機(jī)直接打印出帶有傾斜凹槽的微細(xì)圓管，之后將細(xì)銅線纏繞固定在凹槽內(nèi)，形成表面具有傾斜線圈的整體圓管結(jié)構(gòu)，為單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭的實(shí)現(xiàn)提供了便利、可靠的途徑，由此形成的銅線圈傾斜纏繞在微細(xì)圓管的表面上非常牢固，不容易脫落。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種單光纖內(nèi)窺鏡掃描探頭，包括：準(zhǔn)直鏡、單纖維光纖、永久磁鐵、微細(xì)圓管、驅(qū)動(dòng)線圈和支柱，其中：準(zhǔn)直鏡固定在單纖維光纖的一端部；圓柱形的永久磁鐵固定在單纖維光纖的中間；單纖維光纖通過支柱固定在微細(xì)圓管的中心軸位置；所述的微細(xì)圓管為利用3D打印機(jī)直接打印而成，且在該微細(xì)圓管表面上利用3D打印機(jī)打印有傾斜式凹槽，驅(qū)動(dòng)線圈直接繞在微細(xì)圓管的凹槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)線圈是銅材料制備的，該線圈的厚度是15-50微米，該銅線圈的寬度是50-100微米，銅線圈可以直接纏繞在凹槽里。

優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)線圈的傾斜角互相垂直。

優(yōu)選地，所述的凹槽的深度是5-10微米，3D打印機(jī)可以打印出任意需要的凹槽。