本发明专利技术提出了一种光声/超声双模内窥成像装置，能够同时工作于光声成像模式以及超声成像模式，也能够仅工作于光声成像模式或超声成像模式，其特征在于，包括内窥探头、激光脉冲发生器、超声信号激发组件、信号处理模块、数据采集模块和计算模块。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种基于上述的光声/超声双模内窥成像装置进行内窥成像的方法。本发明专利技术是基于具有多个中心频率的微纳压电超声换能器(PMUT)阵列的光声超声内窥成像装置的研究，在结合光声和超声成像的优点的情况下，微纳加工出来的换能器能够使得内窥镜的尺寸非常小，能够满足肠道和血管尺寸的内窥成像。和血管尺寸的内窥成像。和血管尺寸的内窥成像。
【技术实现步骤摘要】
光声/超声双模内窥成像装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于多个中心频率的微型压电超声换能器阵列的光声/超声双模内窥成像装置以及基于该装置的光声/超声双模内窥成像方法，可应用于肠道内窥与血管内窥等诸多场景。
技术介绍
[0002]内窥镜在医学上的应用日渐普及，作为一种多学科通用的工具，内窥镜能对弯曲管道深处探查，能在密封空腔内观察内部空间结构与状态，能实现远距离观察与操作。
[0003]超声内窥成像对组织的穿透深度较高，它可以反映吸收体的声阻抗参数，进而区分不同组织的形态。光声内窥成像是基于检测组织吸收激光后产生的超声信号进行成像，能够反映组织的成分信息。
[0004]中国专利《基于环形阵列的微型光声传感器》报道了一种根据电容变化检测超声波的电容式微型超声传感器，这种传感器虽然具有很高的灵敏度，但是加工工艺非常复杂，而且为了实现高灵敏度在工作过程中必须施加很高的偏执电压，当该技术用于生物体的内窥成像时，其安全性有待进一步考证。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是：结合超声和光声的双模成像，达到即能够获得病灶的高分辨率结构图像，又能获得病灶的具有高对比度和高分辨率的物理化学性质图像的目的。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种光声/超声双模内窥成像装置，能够同时工作于光声成像模式以及超声成像模式，也能够仅工作于光声成像模式或超声成像模式，其特征在于，包括内窥探头、激光脉冲发生器、超声信号激发组件、信号处理模块、数据采集模块和计算模块，其中：
[0007]脉冲激光器经由光纤与内窥探头相连，同时，超声信号激发组件经由阵列开关与内窥探头相连；内窥探头还经由阵列开关、信号处理模块以及数据采集模块与计算模块相连；
[0008]当工作于光声成像模式或光声和超声双模模式时，通过阵列开关将超声信号激发组件切出，脉冲激光器的脉冲激光通过光纤导入内窥探头，脉冲激光通过内窥探头照射到被探测物上；被探测物在脉冲激光的激励下产生的光声信号被内窥探头接收后，内窥探头输出的光声信号经过信号处理模块的模拟滤波以及放大处理后，再通过数据采集模块转换为数字信号，最后由计算模块基于获得的数字信号通过计算机程序成像；
[0009]当工作于超声成像模式或光声和超声双模模式时，通过阵列开关将超声信号激发组件选通，由超声信号激发组件使得内窥探头向被探测物在单一中心频率上或者在多个中心频率上发射超声波；被探测物返回的超声波被内窥探头接收后，内窥探头输出的超声波信号经过信号处理模块的模拟滤波以及放大处理后，再通过数据采集模块转换为数字信号，最后由计算模块基于获得的数字信号通过计算机程序成像；
[0010]将使用时内窥探头远离操作者的一端定义为远端，靠近操作者的一端定义为近端，则内窥探头包括壳体，壳体远端部分设有N组PMUT组，N组PMUT都相同，N至少为1；若N大于2，则所有N组PMUT组沿周向均匀布置，从而组成一个圈包围在内窥探头1近端四周；每组PMUT组包括M个沿径向布置的PMUT单元，M至少为2。在一组PMUT中，同一PMUT单元具有同一中心频率，不同PMUT单元的中心频率不同，则一个PMUT组具有M个不同中心频率，一个内窥探头具有N个相同的组，从而形成具有M个不同中心频率大小为N
×
M的PMUT阵列；从近端至远端，依次将每组PMUT组中的M个PMUT单元定义为第1个PMUT单元至第M个PMUT单元，则所有N组PMUT组中所有任意第m个PMUT单元位于同一圆周上，m＝1,2,
……
,M；
[0011]壳体内还设有准直镜以及锥形反射镜，脉冲激光通过光纤导入内窥探头后，先由准直镜准直后，再通过锥形反射镜实现度全方位反射；脉冲激光被锥形反射镜发射到被探测物上，由PMUT阵列接收光声信号，PMUT阵列经由信号线将光声信号向外输出；
[0012]同时，信号线还用于接收超声信号激发组件给出的信号，并将该信号加载到PMUT阵列上，由PMUT阵列中的任意一组PMUT组产生单一中心频率的超声波，或由PMUT阵列中的多组PMUT组产生多中心频率的超声波；被探测物返回的超声波由PMUT阵列接收后，再经由信号线将超声波信号向外输出。
[0013]优选的，所述脉冲激光器为短脉冲发射机，脉冲宽度在3ns
‑
50ns，激光数值孔径为0.3
‑
0.7mm、波长为400nm
‑
2500nm。
[0014]优选的，所述超声信号激发组件为多通道，能够产生幅值上限为30V的0.01Hz～50MHz基础波形，还能够产生脉宽最小达到8ns的脉冲信号。
[0015]优选的，所述内窥探头的尺寸在0.5mm
‑
10mm之间，，PMUT单元基于压电材料，或者PMUT单元的制造工艺是基于绝缘衬底上硅片的背部刻蚀工艺，其设计的中心频率在20kHz～50MHz。
[0016]本专利技术的另一个技术方案是提供了一种基于上述的光声/超声双模内窥成像装置进行内窥成像的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
[0017]步骤1、将内窥探头插入被探测物中；
[0018]步骤2、光声/超声双模内窥成像装置工作于光声和超声双模同时成像或光声成像模式与超声成像模式单模式切换成像，则有：
[0019]当工作于光声成像模式，脉冲激光通过内窥探头照射到被探测物上，被探测物在脉冲激光的激励下产生的光声信号被PMUT阵列接收；光声信号是宽频的冲击信号，PMUT阵列检测到M个窄带响应，对应着M个不同频段，则N组PMUT组得到N组数据，这些数据输入计算模块后通过成像算法获得一条环带光声图像；
[0020]当工作于超声成像模式，选择单频成像或者多频成像：
[0021]当选择单频成像时，利用PMUT阵列中M个中心频率其中一个频率。信号发生器用该频率电信号激励一圈N组PMUT。产生的超声波中的一部分被被探测物吸收后，未被被探测物吸收的超声波返回PMUT阵列，N组PMUT组得到N组数据，这些数据输入计算模块后通过成像算法获得一条环带超声图像；
[0022]当选择多频成像时，利用PMUT阵列中M个中心频率其至少2个频率。信号发生器依次用该频率电信号激励一圈N组PMUT。当接收到上一个频率的超激励的响应信号之后再激励下一个频率的超声波。计算模块分别基于每组PMUT组对不同中心频率分别成像，然后再
将所有图像整合在一起获得最终的环带超声图像；
[0023]当工作于光声和超声双模模式时，计算模块基于获得的环带光声图像以及环带超声图像进行超声光声混合成像。
[0024]本专利技术是基于具有多个中心频率的微纳压电超声换能器(PMUT)阵列的光声超声内窥成像装置的研究，在结合光声和超声成像的优点的情况下，微纳加工出来的换能器能够使得内窥镜的尺寸非常小，能够满足肠道和血管尺寸的内窥成像。此外，本专利技术通过设计并应用一种多频率的PMUT阵列，可以对组织的光声信号进行多频段采样，也可以检测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光声/超声双模内窥成像装置，能够同时工作于光声成像模式以及超声成像模式，也能够仅工作于光声成像模式或超声成像模式，其特征在于，包括内窥探头、激光脉冲发生器、超声信号激发组件、信号处理模块、数据采集模块和计算模块，其中：脉冲激光器经由光纤与内窥探头相连，同时，超声信号激发组件经由阵列开关与内窥探头相连；内窥探头还经由阵列开关、信号处理模块以及数据采集模块与计算模块相连；当工作于光声成像模式或光声和超声双模模式时，通过阵列开关将超声信号激发组件切出，脉冲激光器的脉冲激光通过光纤导入内窥探头，脉冲激光通过内窥探头照射到被探测物上；被探测物在脉冲激光的激励下产生的光声信号被内窥探头接收后，内窥探头输出的光声信号经过信号处理模块的模拟滤波以及放大处理后，再通过数据采集模块转换为数字信号，最后由计算模块基于获得的数字信号通过计算机程序成像；当工作于超声成像模式或光声和超声双模模式时，通过阵列开关将超声信号激发组件选通，由超声信号激发组件使得内窥探头向被探测物在单一中心频率上或者在多个中心频率上发射超声波；被探测物返回的超声波被内窥探头接收后，内窥探头输出的超声波信号经过信号处理模块的模拟滤波以及放大处理后，再通过数据采集模块转换为数字信号，最后由计算模块基于获得的数字信号通过计算机程序成像；将使用时内窥探头远离操作者的一端定义为远端，靠近操作者的一端定义为近端，则内窥探头包括壳体，壳体远端部分设有N组PMUT组，N组PMUT都相同，N至少为1；若N大于2，则所有N组PMUT组沿周向均匀布置，从而组成一个圈包围在内窥探头1近端四周；每组PMUT组包括M个沿径向布置的PMUT单元，M至少为2；在一组PMUT中，同一PMUT单元具有同一中心频率，不同PMUT单元的中心频率不同，则一个PMUT组具有M个不同中心频率，一个内窥探头具有N个相同的组，从而形成具有M个不同中心频率大小为N
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M的PMUT阵列；从近端至远端，依次将每组PMUT组中的M个PMUT单元定义为第1个PMUT单元至第M个PMUT单元，则所有N组PMUT组中所有任意第m个PMUT单元位于同一圆周上，m＝1,2,
……
,M；壳体内还设有准直镜以及锥形反射镜，脉冲激光通过光纤导入内窥探头后，先由准直镜准直后，再通过锥形反射镜实现度全方位反射；脉冲激光被锥形反射镜发射到被探测物上，由PMUT阵列接收光声信号，PMUT阵列经由信号线将光声信号向外输出；同时，信号线还用于接收超声信号激发组件给出的信号，并将该信号加载到PMUT阵列上，由PMUT阵列中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，吴涛，蔡俊翔，王怡韵，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：
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