本發明屬于醫療設備，具體涉及一種內窺光聲探頭裝置和運動關節軟骨退變檢測系統。

背景技術：

1、在醫學領域，關節軟骨損傷與退變是極為常見且棘手的問題，嚴重影響患者的生活質量。探尋其發病機制、實現早期精準診斷以及推動有效的組織再生治療，始終是醫學研究的關鍵目標。

2、在體軟骨精準診斷技術一直是臨床研究的重點關注對象。隨著醫學成像技術的不斷發展，膝關節的診斷方式經歷了重大變革。早期醫生主要依靠視診和觸診來初步判斷膝關節是否存在異常，進而間接推測軟骨可能出現的問題。隨后，x射線成像技術被應用于膝關節檢測，醫生能夠通過觀察關節間隙、骨質增生等情況，間接推斷軟骨的健康狀況。這一技術相較于早期的診斷手段，是一次重大的飛躍，為醫生提供了從影像學角度了解軟骨狀態的途徑。然而，x射線成像對于早期軟骨退變和輕微損傷的檢測能力有限，而且由于軟骨在x線片上顯影效果不佳，難以清晰、精準地呈現軟骨內部的細微結構變化。

3、隨著磁共振成像(mri)技術的出現，基于磁共振現象，通過射頻脈沖激發人體內的氫原子核產生信號，并經過計算機處理重建成像，為軟骨檢測帶來了新的突破。mri對軟組織，尤其是軟骨，具有出色的分辨能力。通過多種成像序列，如t1、t2加權像以及專門的軟骨成像序列，mri能夠清晰地展示軟骨的形態、厚度以及信號變化等細節，不僅可以有效地檢測出早期軟骨退變，還能準確地確定損傷的部位和范圍大小，顯著提高了軟骨病變的診斷準確性。但是，mri檢查存在費用較高、檢查時間較長的問題，并且在檢測一些軟骨早期生化改變方面存在明顯的不足。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種內窺光聲探頭裝置和運動關節軟骨退變檢測系統，以解決現有技術中存在的在早期關節損傷或退變檢測中存在的檢測精度低、檢測時間長、難以捕捉早期生化改變的問題。

2、一方面，本發明提供了一種內窺光聲探頭裝置，包括：環形超聲換能器，適于產生機械波；光學相干層析掃描探針，與所述環形超聲換能器能夠被同一截面所截，且與所述環形超聲換能器在所述截面的延伸方向上相互間隔設置，所述光學相干層析掃描探針內設有光路，以采集組織變形信息；外殼，適于封裝所述環形超聲換能器和所述光學相干層析掃描探針；其中，所述截面為與所述環形超聲換能器的環形結構垂直的平面。

3、在一種可選的實施方式中，所述光學相干層析掃描探針包括：單模光纖，帶有sc接頭，所述單模光纖封裝于所述外殼并適于傳輸所述激光束；自聚焦微透鏡，沿所述截面的延伸方向與所述環形超聲換能器相互間隔設置；微機電系統芯片，適于控制所述激光束的掃描方向，所述掃描方向與所述機械波的傳播方向一致。

4、在一種可選的實施方式中，所述微機電系統芯片傾斜設置。

5、在一種可選的實施方式中，所述外殼為不銹鋼管，所述外殼的一端設有成像視窗區，所述環形超聲換能器、所述自聚焦微透鏡和所述微機電系統芯片分別設于所述成像視窗區。

6、在一種可選的實施方式中，所述環形超聲換能器的環形結構為圓環形、橢圓環形或多邊形環形，且所述環形結構的尺寸適配于膝關節內成像需求。

7、另一方面，本發明還提供了一種運動關節軟骨退變檢測系統，包括：任一項所述的內窺光聲探頭裝置，所述內窺光聲探頭適于置于運動關節的關節腔內；聲輻射力激勵模塊，與所述內窺鏡光聲探頭裝置連接；光學相干層析掃描系統，與所述內窺光聲探頭連接；信號控制模塊，與所述聲輻射力激勵模塊連接，以控制所述內窺光聲探頭裝置對軟骨產生機械波，且所述信號控制模塊與所述oct系統連接，以控制激光束進入內窺光聲探頭裝置；數據采集模塊，與所述信號控制模塊和所述內窺光聲探頭裝置分別進行連接，以采集數據信息，并根據所述數據信息重構出軟骨的機械波速度，以獲得軟骨的彈性深度分布。

8、在一種可選的實施方式中，所述聲輻射力激勵模塊包括：第一信號發生器，與所述數據采集模塊連接；第二信號發生器，與所述第一信號發生器連接，以能夠產生脈沖串；電壓放大器，與所述第二信號發生器和所述內窺光聲探頭裝置的環形超聲換能器連接，以對所述脈沖串進行放大，并驅動所述環形超聲換能器產生所述機械波。

9、在一種可選的實施方式中，所述的運動關節軟骨退變檢測系統還包括外部觸發模塊，所述外部觸發模塊與所述第一信號發生器通訊連接，以使得oct成像的時間和聲輻射力激發的時間相間隔

10、在一種可選的實施方式中，所述光學相干層析掃描系統包括：掃頻光源，以產生近紅外激光；分束器，與所述掃頻光源，以將所述激光分為參考臂光路和樣品臂光路；耦合器，與所述參考臂光路和所述樣品臂光路合并，以對所述參考臂光路和所述樣品臂光路的激光信號進行干涉，產生干涉信號；光電平衡探測器，與所述耦合器連接，適于通過所述干涉信號采集組織的光學信息。

11、在一種可選的實施方式中，所述參考臂光路包括：第一環形器，與所述分束器連接；擴束鏡，與所述第一環形器連接；聚束鏡，與所述擴束器連接；參考鏡，適于返回所述聚束鏡的光和/或所述樣品臂光路包括第二環形器，所述第二環形器與所述內窺光聲探頭裝置的光路連接

12、本發明的有益效果為：

13、1.高分辨率成像：基于mems的微型光纖側視oct掃描裝置與特定參數的掃頻oct系統相結合，能夠實現對關節軟骨的高分辨率成像，清晰呈現軟骨的微觀結構，包括軟骨分層和膠原纖維排列等細節，有助于早期發現微小病變。

14、2.快速檢測：優化的數據采集方式和同步控制機制，使得整個檢測過程能夠在短時間內完成，有效提高了檢測效率，減少患者的檢查時間和不適感。

15、3.精準定量評估：通過精確計算位移場和重構機械波速度，能夠準確獲得軟骨的彈性深度分布，實現對軟骨病變的精準定量評估，為臨床診斷和治療提供更具參考價值的數據。

16、4.早期病變檢測：聲輻射力與oct技術的結合，大大提高了對早期病變的檢測敏感性，能夠在軟骨形態未發生明顯改變時檢測到潛在病變，為早期干預治療提供充足的時間。

技術特征：

1.一種內窺光聲探頭裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的內窺光聲探頭裝置，其特征在于，所述光學相干層析掃描探針包括：

3.根據權利要求2所述的內窺光聲探頭裝置，其特征在于，所述微機電系統芯片傾斜設置。

4.根據權利要求2所述的內窺光聲探頭裝置，其特征在于，所述外殼為不銹鋼管，所述外殼的一端設有成像視窗區，所述環形超聲換能器、所述自聚焦微透鏡和所述微機電系統芯片分別設于所述成像視窗區。

5.根據權利要求1至4中任一項所述的內窺光聲探頭裝置，其特征在于，所述環形超聲換能器的環形結構為圓環形或橢圓環形，且所述環形結構的尺寸適配于膝關節內成像需求。

6.一種運動關節軟骨退變檢測系統，其特征在于，包括：

7.根據權利要求6所述的運動關節軟骨退變檢測系統，其特征在于，所述聲輻射力激勵模塊包括：

8.根據權利要求7所述的運動關節軟骨退變檢測系統，其特征在于，還包括外部觸發模塊，所述外部觸發模塊與所述第一信號發生器通訊連接，以使得oct成像的時間和聲輻射力激發的時間相間隔。

9.根據權利要求6至8中任一項所述的運動關節軟骨退變檢測系統，其特征在于，所述光學相干層析掃描系統包括：

10.根據權利要求9所述的運動關節軟骨退變檢測系統，其特征在于，所述參考臂光路包括：

技術總結
本發明提供了一種內窺光聲探頭裝置和運動關節軟骨退變檢測系統，內窺光聲探頭裝置包括：環形超聲換能器，適于產生機械波；光學相干層析掃描探針，與環形超聲換能器能夠被同一截面所截，且與環形超聲換能器在截面的延伸方向上相互間隔設置，光學相干層析掃描探針內設有光路，以采集組織變形信息；外殼，適于封裝環形超聲換能器和光學相干層析掃描探針；其中，截面為與環形超聲換能器的環形結構垂直的平面。本發明通過將聲輻射力與光學相干層析掃描技術的結合，提高了對早期病變的檢測敏感性，能夠在軟骨形態未發生明顯改變時檢測到潛在病變，為早期干預治療提供充足的時間。

技術研發人員：趙宇涵,林祥龍,劉潔,林健,王秀丹
受保護的技術使用者：天津理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24