[發明專利]一種基于透光透聲水囊自適應對焦的光聲內窺鏡及實現方法

有效

• 申請號: 201710845921.1
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107638168B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 楊思華;李曉婉;熊科迪;邢達
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B1/31;A61B1/07
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于透光透聲水囊自適應對焦的光聲內窺鏡及實現方法，內窺鏡包括：探頭模塊、控制模塊和顯示模塊；所訴探頭模塊包括水囊、中空環形超聲換能器、光學組件、轉軸、外套管和手柄，所述光學組件包括玻璃柱、45°角的反射鏡、變焦透鏡、準直鏡和光纖，所述外套管由注水通道向所述水囊內注水，所述手柄內含的電機和電滑環控制探頭旋轉；所述控制模塊包括電機驅動、激光器驅動、變焦透鏡驅動和數據采集卡；所述顯示模塊包括計算機。本發明通過水囊與形狀不規則腸腔柔性匹配，并利用水囊自身的光聲信號，精確的確定腸腔的邊界，從而實現探頭360°環掃時腸壁每一圈不同角度上的多層結構都在焦點上，因此得到高分辨率、高對比度圖像。

技術領域

本發明屬于無損成像技術領域，具體涉及一種基于透光透聲水囊自適應對焦的光聲內窺鏡及實現方法。

背景技術

光聲成像是近年來發展起來的一種新型成像技術，它的基本原理是用脈沖激光照射在生物組織上，組織的光吸收域因瞬時熱膨脹而產生超聲信號，探測器接受該超聲信號后經過處理和圖像重建得到樣品內部光能量沉積的分布。光聲成像反映了不同物質對光的吸收差異。

現有的光聲內窺鏡有兩種，一種光焦距固定，這種裝置會因為腔體形狀不規則，內窺鏡不在腔體中心等原因造成成像分辨率低。

還有一類光聲內窺鏡可以調節光焦點，專利申請號為201310737534.8，專利名稱是基于液態透鏡的動態調焦的光聲直腸鏡成像裝置，公開了一種可以動態變焦的光聲內窺鏡，此裝置原理是利用腔體不同的部位組織對光的吸收差異，在連續變焦的過程中找出信號最強的部位以此為焦點。此裝置的缺點是在對例如直腸這類形狀不規則，層結構復雜且厚度有幾毫米的腔體成像時，信號最強處可能在腸壁表層(1mm)，也可能在深層(3mm)，這樣重建出來的每一幀圖像都會有組織離焦，降低圖像分辨率和對比度。

因此，需要提供一種對形狀不規則的腔體在同一角度的不同深度上均對焦，能對腔體不同層上均高分辨以及高對比度創新型是光聲內窺鏡。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供了一種基于透光透聲水囊自適應對焦的光聲內窺鏡及實現方法，對形狀不規則的腔體也能做到同一角度上不同深度對焦，得到高分辨率以及高對比度圖像。

本發明的原理是：在正式對腔體成像前，先通過調焦測出光焦點在水囊上時水囊的光聲信號幅值，以此為參考值。將水囊裝好后，在內窺鏡深入腔體內后向水囊內注水，使水囊緊貼腔體，根據水囊的光聲信號為檢測的第一個光聲信號，調節光焦點，找到第一個光聲信號與上述參考值最接近的值即為焦點在水囊上；由于水囊的一個邊界與腔體的內表面重合，將焦點從水囊上逐漸往后移動可得到腔體同一角度的不同深度上均精確對焦的高分辨率圖像。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明一種基于透光透聲水囊自適應對焦的光聲內窺鏡，包括依次連接的探頭模塊、控制模塊和顯示模塊；所述探頭模塊包括水囊、中空環形超聲換能器、光學組件、轉軸、外套管和手柄；以中空環形超聲換能器所在為前端，所述中空環形超聲換能器與所述轉軸相連，所述光學組件位于所述中空環形超聲換能器和所述轉軸內，所述轉軸后端固定在所述手柄內，所述外套管套在所述轉軸外面且遠端固定在所述手柄上，所述水囊套在所述外套管的前端；

以所述中空環形超聲換能器所在為前端，所述光學組件自前向后依次為：玻璃柱、45°角的反射鏡、變焦透鏡、準直鏡和光纖；所述45°角的反射鏡、變焦透鏡、準直鏡和光纖四者的中心在一條直線上，且與所述玻璃柱的中心線垂直；所述光纖通過軸承固定在所訴外套管的中心，由所述控制模塊中的激光器驅動裝置控制發射532nm脈沖激光，再經過所述準直鏡將光束準直為平行光后經過所述變焦透鏡聚焦，聚焦光束經過所述45°角的反射鏡中心后將光束由水平變垂直，最后經過所述玻璃柱后將焦點聚焦在組織上，其中所述玻璃柱起到透光和密封的作用，即既能保證光路順利通過，又能將上述除玻璃柱外的其他光學組件與所述中空環形超聲換能器外的超聲耦合劑隔離；