直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜及其成像方法技术

本发明专利技术公开了一种直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜包括套管、光声信号激发组件、超声信号激发与采集组件、光学成像组件和图像重建及显示组件；该装置包括一种紧凑型的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，三种成像可同时进行，可获得直肠内多参量物理信息和多尺度的结构成像。本发明专利技术的还提供整套装置的配置方案和利用该套装置进行成像的方法。本发明专利技术三种成像技术高度集成于一套仪器，并优化了每一种成像技术，实现光学成像、光声成像以及超声成像三种直肠内窥成像方法的结合。该一体化内窥镜结合了三种成像模式自身特有的优点，可获得多参数信息，多结构特征的直肠物理图像，更好的满足直肠内窥镜在医学上的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内窥镜无损检测
，特别涉及一种直肠内光学、光声、超声多模成像一体化内窥镜装置以及成像方法。
技术介绍
随着内窥镜在医学上的普及应用，更加现代化，合理化，人性化，智能化的内窥镜设计与制造，显得尤为重要。直肠内窥镜的应用有着非常重要的作用。现有的方法，包括直肠电子内窥镜和直肠超声内窥镜，直肠电子内镜虽然能够清晰的呈现出直肠内壁的外部形态，但是无法提供直肠壁和直肠壁下组织的细节信息；直肠超声内窥成像是基于检测超声信号在直肠壁中的回波进行成像，可以对直肠壁下组织成像，反映直肠组织声阻抗的差异性，但是成像分辨率不够。现有技术《一种光声内窥成像方法及其装置》公开了一种光声内窥成像检测方法及其装置，光声内窥成像技术是基于检测组织吸收脉冲激光后产生的光声信号进行成像，反映组织内部的光学吸 收差异，结合了纯光学成像高对比度特性和纯超声成像高穿透深度特性的优点，但光声成像也只能反应组织光学吸收差异这个单一参数信息。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，该装置包括一种紧凑型的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，三种成像可同时进行，可获得直肠内多参量物理信息和多尺度的结构成像。本专利技术的另一目的在于提供整套装置的配置方案和利用该套装置进行成像的方法。本专利技术三种成像技术高度集成于一套仪器，并优化了每一种成像技术,实现光学成像、光声成像以及超声成像三种直肠内窥成像方法的结合。同现有的一种模式的直肠内窥成像相比，该一体化内窥镜结合了三种成像模式自身特有的优点，可获得多参数信息，多结构特征的直肠物理图像，更好的满足直肠内窥镜在医学上的应用。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现:本直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，包括套管、光声信号激发组件、超声信号激发与采集组件、光学成像组件和图像重建及显示组件；所述光声信号激发组件包括脉冲激光器、单模光纤、光纤耦合准直器和消色差聚焦透镜；所述超声信号激发与采集组件包括超声脉冲发射接收器、光纤准直器、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机以及成像窗口 ；所述光学成像组件包括微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源以及视频处理器；所述图像重建及显示组件包括数据采集卡和计算机；所述单模光纤、光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机、微型可调焦光学摄像头依次同轴机械紧固，LED冷光照明光源安装于套管的前端，成像窗口为环形窗口，成像窗口安装在套管上并位于镀膜声/光高反射镜的位置；脉冲激光器、超声脉冲发射接收器、微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源、视频处理器依次电气连接，计算机分别连接脉冲激光器、数据采集卡、超声脉冲发射接收器、微型步进电机的驱动器以及视频处理器，脉冲激光器连接光纤耦合准直器，数据采集卡连接超声脉冲发射接收器；光纤耦合准直器通过单模光纤连接光纤FC/APC接头，光纤FC/APC接头连接光纤准直器，超声脉冲发射接收器通过包芯屏蔽超声信号线连接中空聚焦超声换能器，驱动器通过电机控制线连接微型步进电机，视频处理器通过视频信号线和导光束分别连接微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源。所述光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机和微型可调焦光学摄像头全部装配在套管内，套管的直径为12_，长度为6cm。所述脉冲激光器所发出的脉冲激光波长范围为400nm~2500nm，波长范围覆盖可见光波段与近红外波段，脉冲宽度5ns~50ns，脉冲激光器的种类包括半导体激光器，固体激光器，染料激光器或气体激光器。本成像系统优先采用的是输出波长为527nm的固体激光器(DTL-392QT 527nm, Laser-compact, Germany),激光器重复频率 0.01 ~IOKHz,最大输出能量200 μ J0所述光纤稱合准直器为超稳定FiberPort微定位器(PAFA-X-4-A, Thorlabs,USA)，用于将脉冲激光器发出的脉冲光耦合进光纤。光纤耦合准直器可以进行5个自由度的对准，分别是在X，y和ζ轴的线性对准，俯仰和偏转角度对准，以及同时控制俯仰和偏转角度对准进行ζ方向调节；光纤耦合准直器`具有FC/APC光纤标准接头，可以与具有FC/APC接头的光纤连接。脉冲激光经过透镜组扩束后打在光纤耦合准直器的入射端面，出射端口连接单模光纤，精确调节耦合器使得光纤输出光能量最大时锁紧各个自由度。该耦合过程提高了激发光耦合进光纤的耦合效率，提高了激光的利用率。所述单模光纤的制备材料为塑料，石英或者多组分玻璃纤维，可传输光的波段范围为460~600nm,本成像装置优选传输波段在527nm,纤芯9 μ m的单模光纤。光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜以及透镜固定件，用于将光纤传输的激发光准直并聚焦。所述光纤耦合准直器的入射端为FC/APC光纤接口，直接连接具有FC/APC接头的单模光纤。透镜固定件为中空圆柱形，消色差聚焦透镜同轴固定在中空圆柱固定件上，该固定件通过外螺纹固定于套管内。所述消色差聚焦透镜的焦距长度为5mm~50mm。该装置优选焦距长度为25mm。光纤传输的激发光经光纤耦合准直器和消色差聚焦透镜，通过探头前端的镀膜声/光高反射镜反射到直肠组织，激发出光声信号。中空聚焦超声换能器由基础固定件，衬底以及声敏阵元构成。所述基础固定件为中空圆柱体，通过外螺纹固定于套管内，在圆柱体的内壁一侧沿轴向铣一深度为1mm的凹槽，用以引出超声信号传输线；所述衬底的一个端面为中空圆面，另一端面为中空圆凹面；所述换能器的声敏阵元为宽度3mm的同心圆环，紧固在衬底圆凹面上，凹面的曲率半径为15mm ;所述探测器的信号线采用0.5_包芯屏蔽信号线，从衬底的中空圆面一侧引出，沿基础固定件内壁Imm凹槽排布引出。所述中空聚焦超声换能器的声场焦距为15_，声场聚焦在探测器前方的镀膜声/光高反射镜中心。所述中空聚焦超声换能器用于超声信号的激发以及光声信号、超声信号的检测，可以在外部触发信号的触发下发射不同频率的超声，其发射超声的频率范围为IOMHz~20MHz，接收超声的频率范围为IKHz~75MHz ;外部触发信号为来自脉冲激光器的同步触发信号。本专利技术中优选接收超声信号的主频为15MHz，探测器焦长15mm。所述成像窗口由PVC/PC材料制成，厚度0.5mm ;所述成像窗口左右两端与中空聚焦超声换能器的基础固定件，电机固定件同轴紧固连接；所述成像窗口沿轴向的长度为5~10mm，本专利技术中优选5mm长的成像窗口。PVC/PC材料对激光透明，超声在其中传播衰减很小，故本专利技术选用制作成像窗口。所述镀膜声/光高反射镜的反射面尺寸为5mmX 5mm，镀膜声/光高反射镜固定在微型步进电机的电机轴上，反射面与中空聚焦超声换能器的中心轴成45°，反射镜位于成像窗口处。镀膜声/光高反射镜做镀膜处理，可镀有高反银膜，高反铝膜或者高反金膜，反射镜镀膜后对527nm激光的反射效率在98%以上，对超声的反射率在90%以上。本成像装置中镀膜声/光高反射镜优选镀铝膜。所述镀膜声/光高反射镜固定在微型步进电机轴上；所述微型步进电机轴与中空聚焦超声换能器的中心轴同本文档来自技高网...

【技术保护点】
直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于：包括套管、光声信号激发组件、超声信号激发与采集组件、光学成像组件和图像重建及显示组件；所述光声信号激发组件包括脉冲激光器、单模光纤、光纤耦合准直器和消色差聚焦透镜；所述超声信号激发与采集组件包括超声脉冲发射接收器、光纤准直器、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机以及成像窗口；所述光学成像组件包括微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源以及视频处理器；所述图像重建及显示组件包括数据采集卡和计算机；所述单模光纤、光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机、微型可调焦光学摄像头依次同轴机械紧固，LED冷光照明光源安装于套管的前端，成像窗口为环形窗口，成像窗口安装在套管上并位于镀膜声/光高反射镜的位置；脉冲激光器、超声脉冲发射接收器、微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源、视频处理器依次电气连接，计算机分别连接视频处理器、脉冲激光器、数据采集卡、超声脉冲发射接收器和微型步进电机的驱动器，脉冲激光器连接光纤耦合准直器，数据采集卡连接超声脉冲发射接收器；光纤耦合准直器通过单模光纤连接光纤FC/APC接头，光纤FC/APC接头连接光纤准直器，超声脉冲发射接收器通过包芯屏蔽超声信号线连接中空聚焦超声换能器，驱动器通过电机控制线连接微型步进电机，视频处理器通过视频信号线和导光束分别连接微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源。...

【技术特征摘要】
1.直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:包括套管、光声信号激发组件、超声信号激发与采集组件、光学成像组件和图像重建及显示组件； 所述光声信号激发组件包括脉冲激光器、单模光纤、光纤耦合准直器和消色差聚焦透镜; 所述超声信号激发与采集组件包括超声脉冲发射接收器、光纤准直器、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机以及成像窗口 ； 所述光学成像组件包括微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源以及视频处理器； 所述图像重建及显示组件包括数据采集卡和计算机； 所述单模光纤、光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机、微型可调焦光学摄像头依次同轴机械紧固，LED冷光照明光源安装于套管的前端，成像窗口为环形窗口，成像窗口安装在套管上并位于镀膜声/光高反射镜的位置； 脉冲激光器、超声脉冲发射接收器、微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源、视频处理器依次电气连接，计算机分别连接视频处理器、脉冲激光器、数据采集卡、超声脉冲发射接收器和微型步进电机的驱动器，脉冲激光器连接光纤耦合准直器，数据采集卡连接超声脉冲发射接收器； 光纤耦合准直器 通过单模光纤连接光纤FC/APC接头，光纤FC/APC接头连接光纤准直器，超声脉冲发射接收器通过包芯屏蔽超声信号线连接中空聚焦超声换能器，驱动器通过电机控制线连接微型步进电机，视频处理器通过视频信号线和导光束分别连接微型可调焦光学摄像头、LED冷光照明光源。2.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述光纤耦合准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜、微型步进电机和微型可调焦光学摄像头全部装配在套管内，套管的直径为12_，长度为6cm。3.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述消色差聚焦透镜的焦距为25mm。4.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述中空聚焦超声换能器接收超声信号的主频为15MHz，发射超声信号的频率范围IOMHz~20MHz，焦长为 15_。5.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述成像窗口为PVC材料，成像窗口沿轴向方向的长度为5mm。6.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述镀膜声/光高反射镜的反射面尺寸为5mmX5mm，镀膜声/光高反射镜固定在微型步进电机的电机轴上，反射面与中空聚焦超声换能器的中心轴成45° ,反射镜位于成像窗口处。7.根据权利要求1所述的直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜，其特征在于:所述中空聚焦超声换能器的声场焦点位于声/...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思华，刘宁，邢达，
申请(专利权)人：广州佰奥廷电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44