直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡及其成像方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡包括套管、光聲信號(hào)激發(fā)組件、超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件、光學(xué)成像組件和圖像重建及顯示組件；該裝置包括一種緊湊型的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，三種成像可同時(shí)進(jìn)行，可獲得直腸內(nèi)多參量物理信息和多尺度的結(jié)構(gòu)成像。本發(fā)明專利技術(shù)的還提供整套裝置的配置方案和利用該套裝置進(jìn)行成像的方法。本發(fā)明專利技術(shù)三種成像技術(shù)高度集成于一套儀器，并優(yōu)化了每一種成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像、光聲成像以及超聲成像三種直腸內(nèi)窺成像方法的結(jié)合。該一體化內(nèi)窺鏡結(jié)合了三種成像模式自身特有的優(yōu)點(diǎn)，可獲得多參數(shù)信息，多結(jié)構(gòu)特征的直腸物理圖像，更好的滿足直腸內(nèi)窺鏡在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于內(nèi)窺鏡無(wú)損檢測(cè)
，特別涉及一種直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像一體化內(nèi)窺鏡裝置以及成像方法。
技術(shù)介紹
隨著內(nèi)窺鏡在醫(yī)學(xué)上的普及應(yīng)用，更加現(xiàn)代化，合理化，人性化，智能化的內(nèi)窺鏡設(shè)計(jì)與制造，顯得尤為重要。直腸內(nèi)窺鏡的應(yīng)用有著非常重要的作用。現(xiàn)有的方法，包括直腸電子內(nèi)窺鏡和直腸超聲內(nèi)窺鏡，直腸電子內(nèi)鏡雖然能夠清晰的呈現(xiàn)出直腸內(nèi)壁的外部形態(tài)，但是無(wú)法提供直腸壁和直腸壁下組織的細(xì)節(jié)信息；直腸超聲內(nèi)窺成像是基于檢測(cè)超聲信號(hào)在直腸壁中的回波進(jìn)行成像，可以對(duì)直腸壁下組織成像，反映直腸組織聲阻抗的差異性，但是成像分辨率不夠。現(xiàn)有技術(shù)《一種光聲內(nèi)窺成像方法及其裝置》公開了一種光聲內(nèi)窺成像檢測(cè)方法及其裝置，光聲內(nèi)窺成像技術(shù)是基于檢測(cè)組織吸收脈沖激光后產(chǎn)生的光聲信號(hào)進(jìn)行成像，反映組織內(nèi)部的光學(xué)吸 收差異，結(jié)合了純光學(xué)成像高對(duì)比度特性和純超聲成像高穿透深度特性的優(yōu)點(diǎn)，但光聲成像也只能反應(yīng)組織光學(xué)吸收差異這個(gè)單一參數(shù)信息。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，該裝置包括一種緊湊型的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，三種成像可同時(shí)進(jìn)行，可獲得直腸內(nèi)多參量物理信息和多尺度的結(jié)構(gòu)成像。本專利技術(shù)的另一目的在于提供整套裝置的配置方案和利用該套裝置進(jìn)行成像的方法。本專利技術(shù)三種成像技術(shù)高度集成于一套儀器，并優(yōu)化了每一種成像技術(shù),實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像、光聲成像以及超聲成像三種直腸內(nèi)窺成像方法的結(jié)合。同現(xiàn)有的一種模式的直腸內(nèi)窺成像相比，該一體化內(nèi)窺鏡結(jié)合了三種成像模式自身特有的優(yōu)點(diǎn)，可獲得多參數(shù)信息，多結(jié)構(gòu)特征的直腸物理圖像，更好的滿足直腸內(nèi)窺鏡在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。本專利技術(shù)的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):本直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，包括套管、光聲信號(hào)激發(fā)組件、超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件、光學(xué)成像組件和圖像重建及顯示組件；所述光聲信號(hào)激發(fā)組件包括脈沖激光器、單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器和消色差聚焦透鏡；所述超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件包括超聲脈沖發(fā)射接收器、光纖準(zhǔn)直器、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)以及成像窗口 ；所述光學(xué)成像組件包括微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源以及視頻處理器；所述圖像重建及顯示組件包括數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭依次同軸機(jī)械緊固，LED冷光照明光源安裝于套管的前端，成像窗口為環(huán)形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置；脈沖激光器、超聲脈沖發(fā)射接收器、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源、視頻處理器依次電氣連接，計(jì)算機(jī)分別連接脈沖激光器、數(shù)據(jù)采集卡、超聲脈沖發(fā)射接收器、微型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器以及視頻處理器，脈沖激光器連接光纖耦合準(zhǔn)直器，數(shù)據(jù)采集卡連接超聲脈沖發(fā)射接收器；光纖耦合準(zhǔn)直器通過單模光纖連接光纖FC/APC接頭，光纖FC/APC接頭連接光纖準(zhǔn)直器，超聲脈沖發(fā)射接收器通過包芯屏蔽超聲信號(hào)線連接中空聚焦超聲換能器，驅(qū)動(dòng)器通過電機(jī)控制線連接微型步進(jìn)電機(jī)，視頻處理器通過視頻信號(hào)線和導(dǎo)光束分別連接微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源。所述光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)和微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭全部裝配在套管內(nèi)，套管的直徑為12_，長(zhǎng)度為6cm。所述脈沖激光器所發(fā)出的脈沖激光波長(zhǎng)范圍為400nm~2500nm，波長(zhǎng)范圍覆蓋可見光波段與近紅外波段，脈沖寬度5ns~50ns，脈沖激光器的種類包括半導(dǎo)體激光器，固體激光器，染料激光器或氣體激光器。本成像系統(tǒng)優(yōu)先采用的是輸出波長(zhǎng)為527nm的固體激光器(DTL-392QT 527nm, Laser-compact, Germany),激光器重復(fù)頻率 0.01 ~IOKHz,最大輸出能量200 μ J0所述光纖稱合準(zhǔn)直器為超穩(wěn)定FiberPort微定位器(PAFA-X-4-A, Thorlabs,USA)，用于將脈沖激光器發(fā)出的脈沖光耦合進(jìn)光纖。光纖耦合準(zhǔn)直器可以進(jìn)行5個(gè)自由度的對(duì)準(zhǔn)，分別是在X，y和ζ軸的線性對(duì)準(zhǔn)，俯仰和偏轉(zhuǎn)角度對(duì)準(zhǔn)，以及同時(shí)控制俯仰和偏轉(zhuǎn)角度對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行ζ方向調(diào)節(jié)；光纖耦合準(zhǔn)直器`具有FC/APC光纖標(biāo)準(zhǔn)接頭，可以與具有FC/APC接頭的光纖連接。脈沖激光經(jīng)過透鏡組擴(kuò)束后打在光纖耦合準(zhǔn)直器的入射端面，出射端口連接單模光纖，精確調(diào)節(jié)耦合器使得光纖輸出光能量最大時(shí)鎖緊各個(gè)自由度。該耦合過程提高了激發(fā)光耦合進(jìn)光纖的耦合效率，提高了激光的利用率。所述單模光纖的制備材料為塑料，石英或者多組分玻璃纖維，可傳輸光的波段范圍為460~600nm,本成像裝置優(yōu)選傳輸波段在527nm,纖芯9 μ m的單模光纖。光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡以及透鏡固定件，用于將光纖傳輸?shù)募ぐl(fā)光準(zhǔn)直并聚焦。所述光纖耦合準(zhǔn)直器的入射端為FC/APC光纖接口，直接連接具有FC/APC接頭的單模光纖。透鏡固定件為中空?qǐng)A柱形，消色差聚焦透鏡同軸固定在中空?qǐng)A柱固定件上，該固定件通過外螺紋固定于套管內(nèi)。所述消色差聚焦透鏡的焦距長(zhǎng)度為5mm~50mm。該裝置優(yōu)選焦距長(zhǎng)度為25mm。光纖傳輸?shù)募ぐl(fā)光經(jīng)光纖耦合準(zhǔn)直器和消色差聚焦透鏡，通過探頭前端的鍍膜聲/光高反射鏡反射到直腸組織，激發(fā)出光聲信號(hào)。中空聚焦超聲換能器由基礎(chǔ)固定件，襯底以及聲敏陣元構(gòu)成。所述基礎(chǔ)固定件為中空?qǐng)A柱體，通過外螺紋固定于套管內(nèi)，在圓柱體的內(nèi)壁一側(cè)沿軸向銑一深度為1mm的凹槽，用以引出超聲信號(hào)傳輸線；所述襯底的一個(gè)端面為中空?qǐng)A面，另一端面為中空?qǐng)A凹面；所述換能器的聲敏陣元為寬度3mm的同心圓環(huán)，緊固在襯底圓凹面上，凹面的曲率半徑為15mm ;所述探測(cè)器的信號(hào)線采用0.5_包芯屏蔽信號(hào)線，從襯底的中空?qǐng)A面一側(cè)引出，沿基礎(chǔ)固定件內(nèi)壁Imm凹槽排布引出。所述中空聚焦超聲換能器的聲場(chǎng)焦距為15_，聲場(chǎng)聚焦在探測(cè)器前方的鍍膜聲/光高反射鏡中心。所述中空聚焦超聲換能器用于超聲信號(hào)的激發(fā)以及光聲信號(hào)、超聲信號(hào)的檢測(cè)，可以在外部觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)下發(fā)射不同頻率的超聲，其發(fā)射超聲的頻率范圍為IOMHz~20MHz，接收超聲的頻率范圍為IKHz~75MHz ;外部觸發(fā)信號(hào)為來(lái)自脈沖激光器的同步觸發(fā)信號(hào)。本專利技術(shù)中優(yōu)選接收超聲信號(hào)的主頻為15MHz，探測(cè)器焦長(zhǎng)15mm。所述成像窗口由PVC/PC材料制成，厚度0.5mm ;所述成像窗口左右兩端與中空聚焦超聲換能器的基礎(chǔ)固定件，電機(jī)固定件同軸緊固連接；所述成像窗口沿軸向的長(zhǎng)度為5~10mm，本專利技術(shù)中優(yōu)選5mm長(zhǎng)的成像窗口。PVC/PC材料對(duì)激光透明，超聲在其中傳播衰減很小，故本專利技術(shù)選用制作成像窗口。所述鍍膜聲/光高反射鏡的反射面尺寸為5mmX 5mm，鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸上，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸成45°，反射鏡位于成像窗口處。鍍膜聲/光高反射鏡做鍍膜處理，可鍍有高反銀膜，高反鋁膜或者高反金膜，反射鏡鍍膜后對(duì)527nm激光的反射效率在98%以上，對(duì)超聲的反射率在90%以上。本成像裝置中鍍膜聲/光高反射鏡優(yōu)選鍍鋁膜。所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進(jìn)電機(jī)軸上；所述微型步進(jìn)電機(jī)軸與中空聚焦超聲換能器的中心軸同本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于：包括套管、光聲信號(hào)激發(fā)組件、超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件、光學(xué)成像組件和圖像重建及顯示組件；所述光聲信號(hào)激發(fā)組件包括脈沖激光器、單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器和消色差聚焦透鏡；所述超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件包括超聲脈沖發(fā)射接收器、光纖準(zhǔn)直器、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)以及成像窗口；所述光學(xué)成像組件包括微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源以及視頻處理器；所述圖像重建及顯示組件包括數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭依次同軸機(jī)械緊固，LED冷光照明光源安裝于套管的前端，成像窗口為環(huán)形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置；脈沖激光器、超聲脈沖發(fā)射接收器、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源、視頻處理器依次電氣連接，計(jì)算機(jī)分別連接視頻處理器、脈沖激光器、數(shù)據(jù)采集卡、超聲脈沖發(fā)射接收器和微型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，脈沖激光器連接光纖耦合準(zhǔn)直器，數(shù)據(jù)采集卡連接超聲脈沖發(fā)射接收器；光纖耦合準(zhǔn)直器通過單模光纖連接光纖FC/APC接頭，光纖FC/APC接頭連接光纖準(zhǔn)直器，超聲脈沖發(fā)射接收器通過包芯屏蔽超聲信號(hào)線連接中空聚焦超聲換能器，驅(qū)動(dòng)器通過電機(jī)控制線連接微型步進(jìn)電機(jī)，視頻處理器通過視頻信號(hào)線和導(dǎo)光束分別連接微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源。...

【技術(shù)特征摘要】
1.直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:包括套管、光聲信號(hào)激發(fā)組件、超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件、光學(xué)成像組件和圖像重建及顯示組件； 所述光聲信號(hào)激發(fā)組件包括脈沖激光器、單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器和消色差聚焦透鏡; 所述超聲信號(hào)激發(fā)與采集組件包括超聲脈沖發(fā)射接收器、光纖準(zhǔn)直器、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)以及成像窗口 ； 所述光學(xué)成像組件包括微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源以及視頻處理器； 所述圖像重建及顯示組件包括數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)； 所述單模光纖、光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭依次同軸機(jī)械緊固，LED冷光照明光源安裝于套管的前端，成像窗口為環(huán)形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置； 脈沖激光器、超聲脈沖發(fā)射接收器、微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源、視頻處理器依次電氣連接，計(jì)算機(jī)分別連接視頻處理器、脈沖激光器、數(shù)據(jù)采集卡、超聲脈沖發(fā)射接收器和微型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，脈沖激光器連接光纖耦合準(zhǔn)直器，數(shù)據(jù)采集卡連接超聲脈沖發(fā)射接收器； 光纖耦合準(zhǔn)直器 通過單模光纖連接光纖FC/APC接頭，光纖FC/APC接頭連接光纖準(zhǔn)直器，超聲脈沖發(fā)射接收器通過包芯屏蔽超聲信號(hào)線連接中空聚焦超聲換能器，驅(qū)動(dòng)器通過電機(jī)控制線連接微型步進(jìn)電機(jī)，視頻處理器通過視頻信號(hào)線和導(dǎo)光束分別連接微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭、LED冷光照明光源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述光纖耦合準(zhǔn)直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進(jìn)電機(jī)和微型可調(diào)焦光學(xué)攝像頭全部裝配在套管內(nèi)，套管的直徑為12_，長(zhǎng)度為6cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述消色差聚焦透鏡的焦距為25mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述中空聚焦超聲換能器接收超聲信號(hào)的主頻為15MHz，發(fā)射超聲信號(hào)的頻率范圍IOMHz~20MHz，焦長(zhǎng)為 15_。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述成像窗口為PVC材料，成像窗口沿軸向方向的長(zhǎng)度為5mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述鍍膜聲/光高反射鏡的反射面尺寸為5mmX5mm，鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸上，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸成45° ,反射鏡位于成像窗口處。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直腸內(nèi)光學(xué)、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡，其特征在于:所述中空聚焦超聲換能器的聲場(chǎng)焦點(diǎn)位于聲/...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊思華，劉寧，邢達(dá)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣州佰奧廷電子科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44