[发明专利]一种血管内光声超声双模成像系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明属于内窥镜技术领域，尤其涉及一种血管内光声超声双模成像系统及其成像方法。

背景技术

血管内超声成像，是一种无创的超声成像技术与微创的导管技术相结合的心血管疾病诊断技术，在动脉粥样硬化程度评估中，血管内超声成像能够准确地检测出粥样硬化板块的大小和结构信息。光声成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，该方法以短脉冲（或幅度调制）激光作为光源，利用被测样本的光谱吸收差异激发出不同强度的光致超声特性，以超声作为信息载体的新型成像方法，光声成像方法有效的结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高穿透能力等优点，可以实现厘米量级的探测深度和微米量级的成像分辨率，具有无损性、无辐射等突出特性，在医学领域的应用越来越广泛。

血管内光声成像，如K.Jansen、B.Wang在近年研发的血管内光声内窥镜技术，该技术将血管内超声成像与血管内光声成像相结合，通过血管内超声成像检测动脉粥样硬化斑块的形态结构，通过血管光声成像提供血管的成分信息，通过光声功能和量化成像探测斑块中的脂肪堆积程度，具有分辨率高、无副作用等特点。但该技术的缺点在于，血管内光声内窥镜中光声激发光经过多模光纤出射未经过聚焦（或准直），由于多模光纤较大的数值孔径，使大部分激发光未能照射到目标组织，激发光声信号的利用率较低；另外，在血管内光声成像时，由于血液对激光具有很强的吸收，激光照射到管腔内壁时损耗较大，造成成像深度较浅，且信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio，反应成像的抗干扰能力，反应在画质上就是画面是否干净无噪点）低。

发明内容

本发明提供了一种血管内光声超声双模成像系统及成像方法，旨在解决现有的血管内光声内窥镜激发光声信号的利用率低、成像深度浅且信噪比低的技术问题。

本发明提供的技术方案为：一种血管内光声超声双模成像系统，包括激光器、内窥探头、超声发射接收器、数据采集系统及图像重建和显示系统，所述激光器用于输出激光光源并发出触发信号，所述超声发射接收器用于根据所述触发信号控制发射超声波并同时接收光声信号和超声信号，所述内窥探头用于将激光光源聚焦或准直后侧向反射到管腔样本激发产生所述光声信号，同时侧向发射超声波并接收所述管腔样本反射的所述超声信号，所述数据采集系统用于采集管腔样本光声信号和超声信号，并通过图像重建和显示系统重建管腔样本的光声图像和超声图像。

本发明的技术方案还包括：还包括激光光路和探头扫描装置，所述激光光路包括光阑、分束镜、光电二极管和聚焦透镜，所述光阑、分束镜、光电二极管和聚焦透镜依次相连，所述探头扫描装置包括光电滑环、轴向位移平台和滑环驱动电机，所述光电滑环和滑环驱动电机固定于轴向位移平台上，通过滑环驱动电机带动光电滑环进行转动。

本发明的技术方案还包括：还包括光纤固定支架，所述内窥探头还包括多模光纤、自聚焦透镜、反射镜、超声换能器、同轴电缆、光纤固定套管、共轴套管、探头封装套管和光纤保护套管，其中，所述多模光纤包括两段并分别与光电滑环相连，第一段的一端通过所述光纤固定支架固定于聚焦透镜的一端，另一端套在光纤保护套管内，第二段的一端套在光纤固定套管内与内窥探头相连，并顺序与自聚焦透镜及反射镜同轴放置于共轴套管中，所述超声换能器与共轴套管固定于探头封装套管中；所述超声换能器通过同轴电缆与超声发射接收器连接。

本发明的技术方案还包括：还包括信号延迟模块，所述信号延迟模块用于将激光器发出的超声触发信号进行延时后传输到超声发射接收器，控制超声发射接收器发射超声波。

本发明的技术方案还包括：所述血管内光声超声双模成像系统的成像方式为：通过激光器输出激光光源并发出超声触发信号，激光光源经多模光纤传输到内窥探头中，由内窥探头中的自聚焦透镜将激光光源聚焦或准直后经反射镜侧向反射到管腔样本激发产生光声信号，并通过数据采集系统进行光声信号采集；超声触发信号经过信号延迟模块延时后传输到超声发射接收器控制发射超声波，通过同轴电缆将超声波传输到超声换能器将超声波侧向发射到管腔样本，并通过数据采集系统进行超声信号采集；通过图像重建和显示系统将采集到的光声信号和超声信号进行图像重建。

本发明的技术方案还包括：所述激光光源为短脉冲激光或幅度调制激光，输出波长范围为400-2400nm；所述分束镜的反射/透射比为8：92；所述内窥探头的直径为0.3～1.0mm，所述超声换能器的接收面与内窥探头的中心轴线呈5°～40°角放置，其中心频率为5～75MHz。

本发明提供的另一技术方案，一种血管内光声超声双模成像方法，包括：