聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置及其成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置及其成像方法。聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡包括套管、單模光纖、光纖準直耦合器、中空聚焦超聲換能器、成像窗口、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機；所述光聲直腸內窺鏡的直徑僅為12毫米。本發明中光激發與聲接收采用共焦模式，并通過內部前置的微型步進電機驅動鍍膜聲/光高反射鏡，實現聲、光焦點的共同旋轉及掃描，避免了一般內窺鏡通過外部驅動旋轉整個探頭掃描所引起的機械抖動及探頭偏心的問題，能夠快速穩定的獲得直腸腔內高靈敏度、高分辨率的快速斷層掃描成像。
【專利說明】聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置及其成像方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于內窺鏡【技術領域】,具體涉及一種聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置及其成像方法。
【背景技術】
[0002]光聲成像技術是基于檢測組織吸收脈沖激光后產生的光聲信號進行成像，反映組織內部的光學吸收差異，結合了純光學成像高對比度特性和純超聲成像高穿透深度特性的優點，此項技術現已應用到內窺成像領域中。 [0003]現有技術《一種血管內光聲超聲成像內窺裝置及其成像方法》，公開了一種血管內光聲超聲成像內窺裝置及成像方法。該技術的不足之處有:所用的脈沖激光沒有聚焦，所需的激光能量大；通過錐面反射鏡反射，同時激發整個血管內部，得到的光聲圖像的分辨率不高；另外該裝置的超聲換能器采用64個超聲陣元，單個陣元的接收效率不高，而且由于陣元數目太多導致采集系統結構復雜。此外，另一現有技術《聚焦式旋轉掃描光聲超聲血管內窺成像裝置及其成像方法》，該技術中超聲換能器采用平場設計，掃描過程通過外部驅動旋轉整個探頭實現，旋轉過程中探頭的機械抖動及探頭偏心會使成像質量下降。
【發明內容】
[0004]本發明為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置。本發明中光激發與聲接收采用共焦模式，并通過內部前置的微型步進電機驅動鍍膜聲/光高反射鏡，實現聲、光焦點的共同旋轉及掃描，避免了一般內窺鏡通過外部驅動旋轉整個探頭掃描所引起的機械抖動及探頭偏心的問題，能夠快速穩定的獲得直腸腔內高靈敏度、高分辨率的快速斷層掃描成像。
[0005]本發明還提供了一種提供了一種聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置的成像方法，采用前置微型步進電機帶動反射鏡旋轉掃描，克服了以往技術中探頭整體機械旋轉的不穩定性，同時也簡化了內窺鏡的結構。該直腸光聲內窺鏡結構緊湊，聲、光共焦點設計降低了所需激發光的能量，提高了檢測靈敏度，具有更好的成像質量。
[0006]本發明的目的通過以下的技術方案實現:本聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，包括套管、光聲信號激發組件、超聲信號采集組件、探測掃描組件及圖像重建及顯示組件；
[0007]所述光聲信號激發組件包括高重復頻率的脈沖激光器、單模光纖、光纖準直器和消色差聚焦透鏡；
[0008]所述超聲信號采集組件包括中空聚焦超聲換能器以及超聲耦合介質；
[0009]所述探測掃描組件包括鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進電機以及成像窗口 ；
[0010]所述圖像重建及顯示組件包括數據采集卡和計算機；
[0011]所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機依次同軸機械緊固，成像窗口為環形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置；
[0012]光纖準直器通過光纖FC/APC接頭連接單模光纖，單模光纖連接脈沖激光器，中空聚焦超聲換能器通過包芯屏蔽超聲信號線連接外部設備，微型步進電機通過控制線連接外部設備；
[0013]所述脈沖激光器、中空聚焦超聲換能器、數據采集卡及計算機依次電氣連接。
[0014]所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機安裝在套管之內，內窺鏡直徑為10mm，長度為4.5cm。
[0015]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，所述單模光纖可傳輸光的波段范圍為460~600nm,本發明中優選傳輸波段在527nm的單模光纖。
[0016]光纖輸出光經所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡后再由鍍膜聲/光高反射鏡反射后，光焦點位于成像窗口外部；所述中空聚焦超聲換能器的聲場探測焦點經鍍膜聲/光高反射鏡反射后同樣位于成像窗口外部，通過調整消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離，實現光與聲的共焦點。
[0017]所述光纖準直器的入射端為FC/APC光纖接口，直接連接具有FC/APC接頭的單模光纖。所述光纖準直器通過固定件上的外螺紋緊固在套管內，光纖輸出的光經光纖準直器后準直輸出。
[0018]所述消 色差聚焦透鏡的焦距長度為5mm~50mm。該裝置優選焦距長度為25mm。所述消色差聚焦透鏡的固定件為中空圓柱形，消色差聚焦透鏡通過固定件上的外螺紋同軸固定在套管內，消色差透鏡的位置可以通過外螺紋在套管內前后調節。光纖傳輸的激發光經光纖準直器后再經過消色差聚焦透鏡形成匯聚光束，通過鍍膜聲/光高反射鏡90°反射，聚焦光束焦點在成像窗口外部。
[0019]所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進電機軸上，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸成45° ,鍍膜聲/光高反射鏡位于成像窗口內部，其中鍍膜聲/光高反射鏡的反射面尺寸為5mmX5mm，鍍膜聲/光高反射鏡的鍍膜為鋁膜，鋁膜對光的反射效率在98%以上，對超聲的反射率在90%以上。
[0020]所述中空聚焦超聲換能器由基礎固定件，襯底以及聲敏陣元構成。所述基礎固定件為中空圓柱體，通過外螺紋固定于套管內；所述襯底的一個端面為中空圓面，另一端面為中空圓凹面；所述中空聚焦超聲換能器的聲敏陣元為寬度3_的同心圓環，緊固在襯底圓凹面上，凹面的曲率半徑為15mm ;探測器的信號線采用0.5mm包芯屏蔽信號線，從襯底的中空圓面一側引出，沿固定件內壁Imm凹槽排布引出。
[0021]中空聚焦超聲換能器襯底的中空圓面處，用光學膠緊固一層光學玻璃，將超聲耦合介質隔離在光學窗口一側。超聲稱合介質選用硅油，通過中空聚焦超聲換能器后方的光學玻璃、成像窗口密封在內窺鏡中，用做超聲信號在內窺鏡中的傳播介質，同時硅油對激光是透明的，其絕緣性也可保證前置微型步進電機正常工作。
[0022]所述中空聚焦超聲換能器用于光聲信號的檢測，主頻為15MHz，聲場焦距為15mm。中空聚焦超聲換能器的聲場焦點經鍍膜聲/光高反射鏡反射后同樣位于成像窗口外部。
[0023]所述光與聲的共焦點模式通過調整消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離實現。
[0024]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固定件、電機固定件同軸緊固連接；所述成像窗口沿軸向的長度為5~10_，本發明中優選5mm長的成像窗口。PVC/PC材料對激光透明，超聲在其中傳播衰減很小，故本發明選用制作成像窗口。
[0025]所述鍍膜聲/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。本成像裝置中反射鏡優選鍍鋁膜高反射鏡，反射鏡鍍膜后對527nm激光的反射效率在98%以上，對超聲的反射率在90%以上。鍍膜聲/光高反射鏡反射面的尺寸為5mmX5mm。
[0026]所述微型步進電機為兩相步進電機，直徑為6mm，步進角度為9°，最大轉速可達到15000rpm;所述微型步進電機同軸固定在中空絕緣圓柱體中，通過外螺紋固定于套管內。
[0027]所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進電機軸上；反射鏡的反射面同中空聚焦超聲換能器的中心軸成45°。鍍膜聲/光高反射鏡距離中空聚焦超聲換能器的距離由中空聚焦超聲換能器的焦長決定，調節兩者之間的距離使得換能器的聲場焦點在落在成像窗口的外部。
[0028]所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡以及微型步進電機處于同軸結構。
[0029]所述超聲耦合介質為硅油，中空聚焦超聲換能器設有一個光學玻璃，超聲耦合介質由光學玻璃密封在成像窗口處。
[0030]脈沖激光器所發出的脈沖激光波長范圍為400nm~2500nm，波長范圍覆蓋可見光波段與近紅外波段，本成像系統優先采用的是輸出波長為527nm的固體激光器，激光器重復頻率ΙΟΚΗζ，最大輸出能量200 μ J。所述數據采集卡的采樣率范圍為IHz~4GHz，分辨率為14位，帶寬為250MHz，板載內存為2G，最小輸入電壓為正負IOOmV,最大輸入電壓為正負5V ;所述數據采集卡有觸發信號輸入端口。
`[0031]計算機內存4G，英特爾酷睿i7處理器。
[0032]上述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置的成像方法，具體包括以下步驟:
[0033]( I)光聲激發:脈沖激光器輸出脈沖激光經光纖耦合器耦合進入單模光纖，從單模光纖輸出的脈沖光經光纖準直器、消色差聚焦透鏡后通過中空聚焦超聲換能器到達鍍膜聲/光高反射鏡的中心，并90°反射后穿過成像窗口打到直腸內壁上激發出光聲信號；
[0034](2)光聲米集:直腸內壁組織中激發產生的光聲信號,經鍍膜聲/光高反射鏡反射后被中空聚焦超聲換能器所探測，然后被數據采集卡采集，數據采集卡集成有AC/DC轉換模塊，超聲信號通過AC/DC轉換后存儲到計算機中；所述數據采集卡具有帶通濾波模塊，可對采集到的信號進行濾波處理，脈沖激光器同步觸發，實現光聲信號的采集；
[0035]( 3 )直腸內窺掃描:采集完成某一位置的光聲信號后，計算機上的控制微型步進電機旋轉，微型步進電機帶動反射鏡轉動，反射鏡旋轉的過程中，激發光焦點聲場探測焦點始終保持同軸旋轉，對下一位置進行光聲信號的采集，直到完成直腸內壁的環形掃描；
[0036](4)圖像重建以及顯示:記錄在計算機上的光聲信號數據處理，得到直腸組織的光聲圖像。
[0037]本發明的原理:無論光學或聲學中，當利用光焦點或聲焦點檢測時，焦點處的分辨率和靈敏度都是最高的。因此，本發明首先通過精密組裝并利用鍍膜聲/光高反射鏡實現激發光焦點與探測聲焦點在內窺鏡外部的共焦點。同時，鍍膜聲/光高反射鏡通過微型步進電機的驅動，又實現了激發光與探測聲的同時共軸選擇掃描，實現了內窺鏡的內部選擇掃描，而非整個內窺探頭的掃描，在有效提高檢測分辨率和靈敏度的同時，又避免了整個探頭掃描引起的抖動及偏心問題。
[0038]本發明相對于現有技術具有如下的優點:
[0039](1)本發明中超聲換能器的聲場與激發光共焦點，極大提高了檢測的分辨率和靈敏度，所需激光能量低，獲得的圖像分辨率高。
[0040](2)本發明采用前置微型步進電機帶動反射鏡旋轉實現對直腸管腔的掃描，相比以往技術中整個探頭機械轉動掃描，穩定性得到了提升。
[0041 ] ( 3 )本發明結構緊湊，方便操作，便于推廣及應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1是本發明聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡的結構不意圖:
[0043]其中，I為中空聚焦超聲換能器，2為鍍膜聲/光高反射鏡，3為微型步進電機，4為成像窗口，5為消色差聚焦透鏡，6為光纖準直器，7為包芯屏蔽超聲信號線，8為單模光纖，9為控制線，10為光纖FC/APC接頭，11為光學玻璃。
[0044]圖2是本發明聲、光共焦點共旋轉掃描的原理示意圖:
[0045]其中，1為中空聚焦超聲換能器，2為鍍膜聲/光高反射鏡，3為微型步進電機，4為成像窗口，5為消色差聚焦透鏡，11為光學玻璃，12為激發光焦點與超聲聲場焦點，13為反射鏡旋轉時聲、光焦點的軌跡。
[0046]圖3是應用本發明對模擬樣品黑膠帶進行光聲成像得到的光聲圖像，其中(a)為黑膠帶的光聲圖像，(b)為黑膠帶的實物照片。
[0047]圖4是應用本發明得到的離體豬直腸組織的光聲圖像。
【具體實施方式】
[0048]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0049]如圖1所不的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置及其成像方法,包括套管、光聲信號激發組件、超聲信號采集組件、探測掃描組件及圖像重建及顯示組件；
[0050]所述光聲信號激發組件包括高重復頻率的脈沖激光器、單模光纖、光纖準直器6和消色差聚焦透鏡5 ；
[0051]所述超聲信號采集組件包括中空聚焦超聲換能器I以及超聲耦合介質；
[0052]所述探測掃描組件包括鍍膜聲/光高反射鏡2、微型步進電機3以及成像窗口 4 ；
[0053]所述圖像重建及顯示組件包括數據采集卡和計算機；
[0054]所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機依次同軸機械緊固，成像窗口為環形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置；
[0055]光纖準直器通過光纖FC/APC接頭10連接單模光纖8，單模光纖連接脈沖激光器，中空聚焦超聲換能器通過包芯屏蔽超聲信號線7連接外部設備，微型步進電機通過控制線9連接外部設備；[0056]所述脈沖激光器、中空聚焦超聲換能器、數據采集卡及計算機依次電氣連接。
[0057]所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機安裝在套管之內，內窺鏡直徑為10mm，長度為4.5cm。
[0058]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，所述單模光纖可傳輸光的波段范圍為460~600nm,本發明中優選傳輸波段在527nm的單模光纖。
[0059]光纖輸出光經所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡后再由鍍膜聲/光高反射鏡反射后，光焦點位于成像窗口外部；所述中空聚焦超聲換能器的聲場探測焦點經鍍膜聲/光高反射鏡反射后同樣位于成像窗口外部，通過調整消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離，實現光與聲的共焦點。
[0060]所述光纖準直器的入射端為FC/APC光纖接口，直接連接具有FC/APC接頭的單模光纖。所述光纖準直器通過固定件上的外螺紋緊固在套管內，光纖輸出的光經光纖準直器后準直輸出。
[0061]所述消色差聚焦透鏡的焦距長度為5mm~50mm。該裝置優選焦距長度為25mm。所述消色差聚焦透鏡的固定件為中空圓柱形，消色差聚焦透鏡通過固定件上的外螺紋同軸固定在套管內，消色差透鏡的位置可以通過外螺紋在套管內前后調節。光纖傳輸的激發光經光纖準直器后再經過消色差聚焦透鏡形成匯聚光束，通過鍍膜聲/光高反射鏡90°反射，聚焦光束焦點在成像窗口外部。
[0062]所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進電機軸上，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸成45° ,鍍膜聲/光高反射鏡位于成像窗口內部，其中鍍膜聲/光高反射鏡的反射面尺寸為5mmX5mm，鍍膜聲/光高反射鏡的鍍膜為鋁膜，鋁膜對光的反射效率在98%以上，對超聲的反射率在90%以上。
[0063]所述中空聚焦超聲換`能器由基礎固定件，襯底以及聲敏陣元構成。所述基礎固定件為中空圓柱體，通過外螺紋固定于套管內；所述襯底的一個端面為中空圓面，另一端面為中空圓凹面；所述中空聚焦超聲換能器的聲敏陣元為寬度3_的同心圓環，緊固在襯底圓凹面上，凹面的曲率半徑為15mm ;探測器的信號線采用0.5mm包芯屏蔽信號線，從襯底的中空圓面一側引出，沿固定件內壁Imm凹槽排布引出。
[0064]中空聚焦超聲換能器襯底的中空圓面處，用光學膠緊固一層光學玻璃，將超聲耦合介質隔離在光學窗口一側。超聲稱合介質選用硅油，通過中空聚焦超聲換能器后方的光學玻璃、成像窗口密封在內窺鏡中，用做超聲信號在內窺鏡中的傳播介質，同時硅油對激光是透明的，其絕緣性也可保證前置微型步進電機正常工作。
[0065]所述中空聚焦超聲換能器用于光聲信號的檢測，主頻為15MHz，聲場焦距為15mm。中空聚焦超聲換能器的聲場焦點經鍍膜聲/光高反射鏡反射后同樣位于成像窗口外部。
[0066]所述光與聲的共焦點模式通過調整消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離實現。
[0067]所述成像窗口由PVC/PC材料制成，厚度0.5_;所述成像窗口左右兩端與中空聚焦超聲換能器固定件、電機固定件同軸緊固連接；所述成像窗口沿軸向的長度為5~10_，本發明中優選5mm長的成像窗口。PVC/PC材料對激光透明，超聲在其中傳播衰減很小，故本發明選用制作成像窗口。
[0068]所述鍍膜聲/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。本成像裝置中反射鏡優選鍍鋁膜高反射鏡，反射鏡鍍膜后對527nm激光的反射效率在98%以上，對超聲的反射率在90%以上。鍍膜聲/光高反射鏡反射面的尺寸為5mmX5mm。
[0069]所述微型步進電機為兩相步進電機，直徑為6mm，步進角度為9°，最大轉速可達到15000rpm;所述微型步進電機同軸固定在中空絕緣圓柱體中，通過外螺紋固定于套管內。
[0070]所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進電機軸上；反射鏡的反射面同中空聚焦超聲換能器的中心軸成45°。鍍膜聲/光高反射鏡距離中空聚焦超聲換能器的距離由中空聚焦超聲換能器的焦長決定，調節兩者之間的距離使得換能器的聲場焦點在落在成像窗口的外部。
[0071]所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡以及微型步進電機處于同軸結構。 [0072]所述超聲耦合介質為硅油，中空聚焦超聲換能器設有一個光學玻璃，超聲耦合介質由光學玻璃11密封在成像窗口處。
[0073]脈沖激光器所發出的脈沖激光波長范圍為400nm~2500nm，波長范圍覆蓋可見光波段與近紅外波段，本成像系統優先采用的是輸出波長為527nm的固體激光器，激光器重復頻率lOKHz，最大輸出能量200 ii J。所述數據采集卡的采樣率范圍為IHz~4GHz，分辨率為14位，帶寬為250MHz，板載內存為2G，最小輸入電壓為正負IOOmV,最大輸入電壓為正負5V ;所述數據采集卡有觸發信號輸入端口。
[0074]計算機內存4G，英特爾酷睿i7處理器。
[0075]上述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置的成像方法，具體包括以下步驟:
[0076](I)光聲激發:脈沖激光器輸出脈沖激光經光纖耦合器耦合進入單模光纖，從單模光纖輸出的脈沖光經光纖準直器、消色差聚焦透鏡后通過中空聚焦超聲換能器到達鍍膜聲/光高反射鏡的中心，并90°反射后穿過成像窗口打到直腸內壁上激發出光聲信號；
[0077](2)光聲米集:直腸內壁組織中激發產生的光聲信號,經鍍膜聲/光高反射鏡反射后被中空聚焦超聲換能器所探測，然后被數據采集卡采集，數據采集卡集成有AC/DC轉換模塊，超聲信號通過AC/DC轉換后存儲到計算機中；所述數據采集卡具有帶通濾波模塊，可對采集到的信號進行濾波處理，脈沖激光器同步觸發，實現光聲信號的采集；
[0078](3)如圖2所示，直腸內窺掃描:采集完成某一位置的光聲信號后，計算機上的控制微型步進電機旋轉，微型步進電機帶動反射鏡轉動，反射鏡旋轉的過程中，激發光焦點聲場探測焦點始終保持同軸旋轉，對下一位置進行光聲信號的采集，直到完成直腸內壁的環形掃描；
[0079](4)圖像重建以及顯示:記錄在計算機上的光聲信號數據處理，得到直腸組織的光聲圖像。
[0080]圖1所示的內窺鏡可分為激發光準直聚焦部分、中空聚焦超聲換能器部分以及前置微型步進電機部分。這三部分的固定件依次同軸緊固連接，所述激發光準直聚焦部分具有入射光纖接口(圖1中10所示)，固定件內部安裝有光纖準直器(圖1中6所示)和消色差聚焦透鏡(圖1中5所示)，消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離可以通過旋轉螺紋調節，消色差聚焦透鏡的焦距為25mm;中空聚焦超聲換能器的固定件為中空圓柱體，直徑11mm，內徑9.5mm，在內徑上銑有Imm深度的凹槽，包芯屏蔽超聲信號錢由凹槽引出，在固定件的中間部分制作超聲接收陣元，用PVDF材料制作超聲陣元，陣元成碗狀，中心留有直徑2mm的透光孔，透光孔的后端面用緊固膠固定光學玻璃，將硅油隔離在成像窗口一端；陣元的接收主頻為15MHz，探測器的焦長為15mm ;第三部分包括有透聲透光材料制成的成像窗口和微型步進電機以及鍍膜聲/光高反射鏡，首先成像窗口的制作材料為PVC材料，窗口處的厚度為0.5_，窗口固定件前端與中空聚焦超聲換能器固定件緊固同軸連接，后端與電機固定件緊固同軸連接，窗口沿軸向上的長度為5mm(如圖1中4所示)，微型步進電機的轉軸上固定有鍍膜聲/光高反射鏡，反射面的的尺寸為5mmX5mm，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸之間成45°，微型步進電機固定在電機固定件上，在固定件的側面將控制線引出，沿內壁上的凹槽引出。所需說明的是，三部分固定件分別精密加工，同軸緊固連接，部件安裝的位置十分精確，要求經鍍膜聲/光高反射鏡反射后激發光與中空聚焦超聲換能器探測聲場共焦點。內窺鏡的主要部分長45_，單模光纖、包芯屏蔽超聲信號線以及控制線從金屬套管內部引出連接到相應電氣元件上。
[0081]應用聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡對模擬樣品及離體豬直腸組織進行光聲成像，方法如下:
[0082](I)模擬樣品是用瓊脂制備的中空圓柱，內徑12mm，在瓊脂塊內埋入一圈黑膠帶，將直腸光聲內窺鏡插入到中空圓柱中進行光聲成像，所得到的黑膠帶的光聲成像如圖3所示；
[0083]( 2 )取一段豬離體直腸組織，將直腸光聲內窺鏡置于直腸管腔內部，打開計算機控制軟件進行光聲成像，得到的直腸光聲成像結果如圖4所示。
[0084]上述【具體實施方式】為本發明的優選實施例，并不能對本發明進行限定，其他的任何未背離本發明的技術方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。`
【權利要求】
1.聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:包括套管、光聲信號激發組件、超聲信號采集組件、探測掃描組件及圖像重建及顯示組件； 所述光聲信號激發組件包括高重復頻率的脈沖激光器、單模光纖、光纖準直器和消色差聚焦透鏡； 所述超聲信號采集組件包括中空聚焦超聲換能器以及超聲耦合介質； 所述探測掃描組件包括鍍膜聲/光高反射鏡、微型步進電機以及成像窗口 ； 所述圖像重建及顯示組件包括數據采集卡和計算機； 所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機依次同軸機械緊固，成像窗口為環形窗口，成像窗口安裝在套管上并位于鍍膜聲/光高反射鏡的位置； 光纖準直器通過光纖FC/APC接頭連接單模光纖，單模光纖連接脈沖激光器，中空聚焦超聲換能器通過包芯屏蔽超聲信號線連接外部設備，微型步進電機通過控制線連接外部設備; 所述脈沖激光器、中空聚焦超聲換能器、數據采集卡及計算機依次電氣連接。
2.根據權利要求1所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:所述單模光纖、光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡和微型步進電機安裝在套管之內，內窺鏡直徑為10mm，長度為4.5cm。
3.根據權利要求1所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:光纖輸出光經所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡后再由鍍膜聲/光高反射鏡反射后，光焦點位于成像窗口外部；所述中空聚焦超聲換能器的聲場探測焦點經鍍膜聲/光高反射鏡反射后同樣位于成像窗口外部，通過調整消色差聚焦透鏡與中空聚焦超聲換能器之間的距離，實現光與聲的共焦點。
4.根據權利要求1所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:所述鍍膜聲/光高反射鏡固定在微型步進電機軸上，反射面與中空聚焦超聲換能器的中心軸成45° ,鍍膜聲/光高反射鏡位于成像窗口內部，其中鍍膜聲/光高反射鏡的反射面尺寸為5mmX 5mm,鍍膜聲/光高反射鏡的鍍膜為鋁膜，鋁膜對光的反射效率在98%以上，對超聲的反射率在90%以上。
5.根據權利要求1所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:所述光纖準直器、消色差聚焦透鏡、中空聚焦超聲換能器、鍍膜聲/光高反射鏡以及微型步進電機處于同軸結構。
6.根據權利要求1所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置，其特征在于:所述超聲耦合介質為硅油，中空聚焦超聲換能器設有一個光學玻璃，超聲耦合介質由光學玻璃密封在成像窗口處。
7.米用權利要求1~6任一項所述的聲、光共旋轉掃描的直腸光聲內窺鏡裝置的成像方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)光聲激發:脈沖激光器輸出脈沖激光經光纖耦合器耦合進入單模光纖，從單模光纖輸出的脈沖光經光纖準直器、消色差聚焦透鏡后通過中空聚焦超聲換能器到達鍍膜聲/光高反射鏡的中心，并90°反射后穿過成像窗口打到直腸內壁上激發出光聲信號； (2)光聲米集:直腸內壁組織中激發產生的光聲信號,經鍍膜聲/光高反射鏡反射后被中空聚焦超聲換能器所探測，然后由數據采集卡采集，數據采集卡集成有AC/DC轉換模塊，超聲信號通過AC/DC轉換后存儲到計算機中；所述數據采集卡具有帶通濾波模塊，可對采集到的信號進行濾波處理，脈沖激光器同步觸發，實現光聲信號的采集； (3 )直腸內窺掃描:采集完成某一位置的光聲信號后，計算機上的控制微型步進電機旋轉，微型步進電機帶動反射鏡轉動，反射鏡旋轉的過程中，激發光焦點聲場探測焦點始終保持同軸旋轉，對下一位置進行光聲信號的米集，直到完成直腸內壁的環形掃描； (4)圖像重建以及顯示:記錄在計算機上的光聲信號數據處理，得到直腸組織的光聲圖像 。
【文檔編號】A61B8/12GK103637819SQ201310737233
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】楊思華, 劉寧, 邢達 申請人:廣州佰奧廷電子科技有限公司