[發明專利]光聲/超聲雙模內窺成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202111492958.3
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114403803A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 高飛;吳濤;蔡俊翔;王怡韻
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B8/08;A61B8/12;A61B1/31;A61B1/07
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明提出了一種光聲/超聲雙模內窺成像裝置，能夠同時工作于光聲成像模式以及超聲成像模式，也能夠僅工作于光聲成像模式或超聲成像模式，其特征在于，包括內窺探頭、激光脈沖發生器、超聲信號激發組件、信號處理模塊、數據采集模塊和計算模塊。本發明的另一個技術方案是提供了一種基于上述的光聲/超聲雙模內窺成像裝置進行內窺成像的方法。本發明是基于具有多個中心頻率的微納壓電超聲換能器(PMUT)陣列的光聲超聲內窺成像裝置的研究，在結合光聲和超聲成像的優點的情況下，微納加工出來的換能器能夠使得內窺鏡的尺寸非常小，能夠滿足腸道和血管尺寸的內窺成像。

技術領域

本發明涉及一種基于多個中心頻率的微型壓電超聲換能器陣列的光聲/超聲雙模內窺成像裝置以及基于該裝置的光聲/超聲雙模內窺成像方法，可應用于腸道內窺與血管內窺等諸多場景。

背景技術

內窺鏡在醫學上的應用日漸普及，作為一種多學科通用的工具，內窺鏡能對彎曲管道深處探查，能在密封空腔內觀察內部空間結構與狀態，能實現遠距離觀察與操作。

超聲內窺成像對組織的穿透深度較高，它可以反映吸收體的聲阻抗參數，進而區分不同組織的形態。光聲內窺成像是基于檢測組織吸收激光后產生的超聲信號進行成像，能夠反映組織的成分信息。

中國專利《基于環形陣列的微型光聲傳感器》報道了一種根據電容變化檢測超聲波的電容式微型超聲傳感器，這種傳感器雖然具有很高的靈敏度，但是加工工藝非常復雜，而且為了實現高靈敏度在工作過程中必須施加很高的偏執電壓，當該技術用于生物體的內窺成像時，其安全性有待進一步考證。

發明內容

本發明的目的是：結合超聲和光聲的雙模成像，達到即能夠獲得病灶的高分辨率結構圖像，又能獲得病灶的具有高對比度和高分辨率的物理化學性質圖像的目的。

為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供了一種光聲/超聲雙模內窺成像裝置，能夠同時工作于光聲成像模式以及超聲成像模式，也能夠僅工作于光聲成像模式或超聲成像模式，其特征在于，包括內窺探頭、激光脈沖發生器、超聲信號激發組件、信號處理模塊、數據采集模塊和計算模塊，其中：

脈沖激光器經由光纖與內窺探頭相連，同時，超聲信號激發組件經由陣列開關與內窺探頭相連；內窺探頭還經由陣列開關、信號處理模塊以及數據采集模塊與計算模塊相連；

當工作于光聲成像模式或光聲和超聲雙模模式時，通過陣列開關將超聲信號激發組件切出，脈沖激光器的脈沖激光通過光纖導入內窺探頭，脈沖激光通過內窺探頭照射到被探測物上；被探測物在脈沖激光的激勵下產生的光聲信號被內窺探頭接收后，內窺探頭輸出的光聲信號經過信號處理模塊的模擬濾波以及放大處理后，再通過數據采集模塊轉換為數字信號，最后由計算模塊基于獲得的數字信號通過計算機程序成像；

當工作于超聲成像模式或光聲和超聲雙模模式時，通過陣列開關將超聲信號激發組件選通，由超聲信號激發組件使得內窺探頭向被探測物在單一中心頻率上或者在多個中心頻率上發射超聲波；被探測物返回的超聲波被內窺探頭接收后，內窺探頭輸出的超聲波信號經過信號處理模塊的模擬濾波以及放大處理后，再通過數據采集模塊轉換為數字信號，最后由計算模塊基于獲得的數字信號通過計算機程序成像；

將使用時內窺探頭遠離操作者的一端定義為遠端，靠近操作者的一端定義為近端，則內窺探頭包括殼體，殼體遠端部分設有N組PMUT組，N組PMUT都相同，N至少為1；若N大于2，則所有N組PMUT組沿周向均勻布置，從而組成一個圈包圍在內窺探頭1近端四周；每組PMUT組包括M個沿徑向布置的PMUT單元，M至少為2。在一組PMUT中，同一PMUT單元具有同一中心頻率，不同PMUT單元的中心頻率不同，則一個PMUT組具有M個不同中心頻率，一個內窺探頭具有N個相同的組，從而形成具有M個不同中心頻率大小為N×M的PMUT陣列；從近端至遠端，依次將每組PMUT組中的M個PMUT單元定義為第1個PMUT單元至第M個PMUT單元，則所有N組PMUT組中所有任意第m個PMUT單元位于同一圓周上，m＝1,2,……,M；