[發(fā)明專利]一種前置微型電機(jī)高精度三維掃描的光聲內(nèi)窺鏡及成像方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810695276.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN109044243A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊思華;王新坤;鄭毅;曾俏;邢達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B1/00
• 分類號(hào): A61B1/00;A61B8/12;A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種前置微型電機(jī)高精度三維掃描的光聲內(nèi)窺鏡及成像方法，該內(nèi)窺鏡包括探頭殼、光學(xué)反射棱鏡、微型電機(jī)、超聲換能器、光學(xué)變焦透鏡；所述的探頭殼帶有微型電機(jī)放置腔、油室和容腔；超聲換能器安裝于探頭中部，將油室和容腔隔開；光學(xué)變焦透鏡設(shè)置于探頭容腔內(nèi)部靠近超聲換能器的一端，微型電機(jī)的主體部分固定于探頭內(nèi)部頂端的微型電機(jī)放置腔，其中心的金屬軸在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)可前后移動(dòng)。本發(fā)明為光聲內(nèi)窺三維成像提供了一種只旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)反射鏡而其它部件不用旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的方案，解決了較大旋轉(zhuǎn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)帶來的電磁干擾和精度等問題；具備掃描效率和精度高，單次掃描的范圍大，可獲得腔道組織的多參量物理信息和多尺度的結(jié)構(gòu)成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光聲內(nèi)窺成像、無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種前置微型電機(jī)高精度三維掃描的光聲內(nèi)窺鏡及成像方法。

背景技術(shù)

目前常用的內(nèi)窺鏡主要是光學(xué)類和超聲類。以生物體作為被檢體為例，光學(xué)內(nèi)窺鏡只能對(duì)被檢測(cè)體內(nèi)部腔體的表面成像，例如針對(duì)消化道的檢測(cè)，無法對(duì)發(fā)端于深層次的組織異常進(jìn)行早期探查。而超聲內(nèi)窺鏡接收各層組織的回波信號(hào)，利用的是組織的聲阻抗差異來成像。超聲內(nèi)窺鏡雖然能夠反映組織的結(jié)構(gòu)信息，但是成像的分辨率較低，對(duì)生物體軟組織的對(duì)比度也不高，尤其是無法獲取組織的生物分子信息、這大大限制了光學(xué)類和超聲類內(nèi)窺鏡對(duì)生物體組織異常或者工件缺陷的判斷和探查能力。

光聲成像是近年來發(fā)展起來的一種非侵入式和非電離式的新型成像方法，它結(jié)合了純光學(xué)組織成像中高選擇特性和純超聲成像的深穿透特性兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。該成像技術(shù)以短脈沖激光作為激勵(lì)源，以及由此激發(fā)的超聲信號(hào)作為信息載體，通過相應(yīng)的圖像重建算法重建組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能信息的成像方法。該技術(shù)結(jié)合了光學(xué)成像和聲學(xué)成像的特點(diǎn)，可提供深層組織高分辨率和高對(duì)比度的組織層析圖像，從原理上避開了光散射的影響，突破了高分辨率光學(xué)成像深度“軟極限”(約為1毫米)，在成像領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

光聲內(nèi)窺鏡利用組織的光學(xué)吸收差異對(duì)組織成像，既能獲得較高的對(duì)比度和分辨率，同時(shí)還能夠探測(cè)生物組織的部分理化信息。這對(duì)需要檢出細(xì)微傷的工件或是早期生物體組織異常的判斷和探查有極其重大的意義。該技術(shù)能有效的進(jìn)行生物組織結(jié)構(gòu)和功能成像，為研究生物組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝功能等提供了重要手段，已逐漸成為影像技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

目前，可呈現(xiàn)三維圖像的光聲內(nèi)窺成像的超聲探頭大多是采集多張二維圖像后期處理為三維圖像的。具體的，在二維XY平面內(nèi)采集光聲信號(hào)，然后利用位移平臺(tái)或者步進(jìn)電機(jī)推拉探頭在XZ平面內(nèi)移動(dòng)，重建并保存數(shù)百?gòu)埗S光聲圖像，再將不同層的光聲二維圖像通過軟件處理就可得到光聲三維成像。這種方式難以實(shí)現(xiàn)清晰的三維光聲圖像，甚至?xí)a(chǎn)生明顯的拼接和錯(cuò)位現(xiàn)象，也即圖像效果不能達(dá)到最佳，視野也較窄，分辨率難以提高。

專利號(hào)201310739425.X，使用同軸的步進(jìn)電機(jī)控制內(nèi)窺鏡套管繞中心主軸旋轉(zhuǎn)，單一地進(jìn)行環(huán)形掃描，一次掃描僅僅能夠得到被探測(cè)管腔的一層橫斷面，掃描的效率較低；為了得到管腔的多層橫斷面，必須通過推拉內(nèi)窺鏡探頭，除了掃描速度低外，還嚴(yán)重影響掃描精度，難以做到精準(zhǔn)成像。

申請(qǐng)?zhí)?01511026350.6的專利申請(qǐng)公開了一種組合式立體角掃描的光、聲內(nèi)窺成像裝置及其方法。該裝置采用步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸、光電滑環(huán)、光纖耦合器、聚焦透鏡、油室、反射鏡、反射鏡驅(qū)動(dòng)器等器件和結(jié)構(gòu)，雖然該裝置的掃描效率和掃描精度有所提高，單次掃描的范圍有所加大，但是步進(jìn)電機(jī)、光電滑環(huán)的應(yīng)用給生成的圖像加大了電磁干擾、衰減了能量；且多段軸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封要求高，限制了整個(gè)裝置的可應(yīng)用性。

申請(qǐng)?zhí)?01110171027.3的專利申請(qǐng)公開了一種快速光聲三維成像裝置。該裝置采用可編程邏輯陣列模塊控制光學(xué)掩膜中各微鏡片的通斷，進(jìn)而控制激光束通過光學(xué)掩膜照射在被測(cè)物體上的區(qū)域，以產(chǎn)生光聲信號(hào)并重建為三維圖像，雖然解決了現(xiàn)有光聲三維成像裝置成像速度慢的問題。但顯然由于設(shè)備的復(fù)雜度和尺寸問題，這個(gè)裝置是不適合用于內(nèi)窺成像的。