[发明专利]声、光共旋转扫描的直肠光声内窥镜装置及其成像方法

说明书

技术领域

本发明属于内窥镜技术领域，具体涉及一种声、光共旋转扫描的直肠光声内窥镜装置及其成像方法。

背景技术

光声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，此项技术现已应用到内窥成像领域中。

现有技术《一种血管内光声超声成像内窥装置及其成像方法》，公开了一种血管内光声超声成像内窥装置及成像方法。该技术的不足之处有：所用的脉冲激光没有聚焦，所需的激光能量大；通过锥面反射镜反射，同时激发整个血管内部，得到的光声图像的分辨率不高；另外该装置的超声换能器采用64个超声阵元，单个阵元的接收效率不高，而且由于阵元数目太多导致采集系统结构复杂。此外，另一现有技术《聚焦式旋转扫描光声超声血管内窥成像装置及其成像方法》，该技术中超声换能器采用平场设计，扫描过程通过外部驱动旋转整个探头实现，旋转过程中探头的机械抖动及探头偏心会使成像质量下降。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种声、光共旋转扫描的直肠光声内窥镜装置。本发明中光激发与声接收采用共焦模式，并通过内部前置的微型步进电机驱动镀膜声/光高反射镜，实现声、光焦点的共同旋转及扫描，避免了一般内窥镜通过外部驱动旋转整个探头扫描所引起的机械抖动及探头偏心的问题，能够快速稳定的获得直肠腔内高灵敏度、高分辨率的快速断层扫描成像。

本发明还提供了一种提供了一种声、光共旋转扫描的直肠光声内窥镜装置的成像方法，采用前置微型步进电机带动反射镜旋转扫描，克服了以往技术中探头整体机械旋转的不稳定性，同时也简化了内窥镜的结构。该直肠光声内窥镜结构紧凑，声、光共焦点设计降低了所需激发光的能量，提高了检测灵敏度，具有更好的成像质量。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本声、光共旋转扫描的直肠光声内窥镜装置，包括套管、光声信号激发组件、超声信号采集组件、探测扫描组件及图像重建及显示组件；

所述光声信号激发组件包括高重复频率的脉冲激光器、单模光纤、光纤准直器和消色差聚焦透镜；

所述超声信号采集组件包括中空聚焦超声换能器以及超声耦合介质；

所述探测扫描组件包括镀膜声/光高反射镜、微型步进电机以及成像窗口；

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/光高反射镜和微型步进电机依次同轴机械紧固，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；

光纤准直器通过光纤FC/APC接头连接单模光纤，单模光纤连接脉冲激光器，中空聚焦超声换能器通过包芯屏蔽超声信号线连接外部设备，微型步进电机通过控制线连接外部设备；

所述脉冲激光器、中空聚焦超声换能器、数据采集卡及计算机依次电气连接。

所述单模光纤、光纤准直器、消色差聚焦透镜、中空聚焦超声换能器、镀膜声/光高反射镜和微型步进电机安装在套管之内，内窥镜直径为10mm，长度为4.5cm。

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，所述单模光纤可传输光的波段范围为460～600nm，本发明中优选传输波段在527nm的单模光纤。

光纤输出光经所述光纤准直器、消色差聚焦透镜后再由镀膜声/光高反射镜反射后，光焦点位于成像窗口外部；所述中空聚焦超声换能器的声场探测焦点经镀膜声/光高反射镜反射后同样位于成像窗口外部，通过调整消色差聚焦透镜与中空聚焦超声换能器之间的距离，实现光与声的共焦点。

所述光纤准直器的入射端为FC/APC光纤接口，直接连接具有FC/APC接头的单模光纤。所述光纤准直器通过固定件上的外螺纹紧固在套管内，光纤输出的光经光纤准直器后准直输出。

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。所述消色差聚焦透镜的固定件为中空圆柱形，消色差聚焦透镜通过固定件上的外螺纹同轴固定在套管内，消色差透镜的位置可以通过外螺纹在套管内前后调节。光纤传输的激发光经光纤准直器后再经过消色差聚焦透镜形成汇聚光束，通过镀膜声/光高反射镜90°反射，聚焦光束焦点在成像窗口外部。

所述镀膜声/光高反射镜固定在微型步进电机轴上，反射面与中空聚焦超声换能器的中心轴成45°，镀膜声/光高反射镜位于成像窗口内部，其中镀膜声/光高反射镜的反射面尺寸为5mm×5mm，镀膜声/光高反射镜的镀膜为铝膜，铝膜对光的反射效率在98%以上，对超声的反射率在90%以上。