[發明專利]集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置及其成像方法

在審

• 申請號: 202111573589.0
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114468960A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 熊科迪;辛海書;周非凡;楊思華
• 申請（專利權）人: 華南師范大學;海南大學
• 主分類號: A61B1/233
• 分類號: A61B1/233;A61B1/07;A61B5/00
• 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

1.一種集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置，其特征在于，包括控制系統、光源系統、光路系統、內窺鏡探頭、數據采集及重建系統，所述分別與光源系統和數據采集系統連接，所述光源系統、光路系統、內窺鏡探頭順序連接，所述數據采集系統還與內窺鏡探頭和數據重建系統連接；

所述控制系統以FPGA開發板作為控制模塊，產生時序脈沖控制各個成像子模塊；

所述光源系統包括脈沖激光器、連續激光器、白光光源；連續激光器與白光光源控制端與FPGA開發板相連接，用于控制光源輸出，光源輸出端通過光纖接入光路系統；

所述光路系統包括光纖耦合器、單模光纖、第二二向色鏡、第二聚焦透鏡、耦合器、第三準直器、第四準直器、第二反射鏡、光譜儀、光電倍增管；脈沖激光器輸出光經由第二二向色鏡反射進入光纖耦合器，光纖耦合器通過單模光纖連接內窺鏡探頭中的第二準直器，熒光激發光經由光纖耦合器出射入射第二二向色鏡，第二二向色鏡出射光經由第二聚焦透鏡聚焦入射光電倍增管光電陰極；連續激光器輸出光通過單模光纖連接耦合器，耦合器將輸入光一分為二，一路通過第一準直器進入內窺鏡探頭，另外一路經過第三準直器準直入射第二反射鏡，第一準直器出射的樣品臂返回光與來自第三準直器反射光在耦合器中發生干涉，經由第四準直器出射入射光譜儀；光源系統中白光光源通過單模光纖連接數至內窺鏡探頭側壁光導纖維，用于組織照明；

所述內窺鏡探頭由一體化內窺鏡構成，包括電荷耦合元件CCD、目鏡、分光鏡、第一準直器、第二準直器、第一二向色鏡、第一聚焦透鏡、第一反射鏡、MEMS鏡、棒狀透鏡、光導纖維、超聲換能器、透光反聲鏡、內窺鏡外殼；脈沖激光器輸出光經由第二準直器進入一體化內窺鏡，水平入射穿過第一二向色鏡，連續激光器輸出光經由第一準直器進入一體化內窺鏡，經由第一二向色鏡反射后與脈沖光完成合束，合束光經由第一聚焦透鏡聚焦后入射第一反射鏡，反射后入射MEMS鏡表面，掃描光由分光鏡反射后入射棒狀透鏡，在棒狀透鏡內部傳輸穿過透光反聲鏡入射組織表面；

所述數據采集及重建系統包括第一信號放大器、第一采集卡、第二信號放大器、第二采集卡、第三采集卡、計算機，多模態成像系統同時成像白光、光聲、OCT、熒光圖像；光聲成像中，脈沖激光入射組織表面，表面受激產生超聲波由內窺鏡探頭側壁換能器接收，信號經過第一信號放大器放大后進入第一采集卡，由第一采集卡將原始數據送入計算機；OCT成像中，光譜儀接收干涉信號，由第三采集卡送入計算機；熒光成像中，光電倍增管將熒光信號轉換為電流信號，經由第二信號放大器轉換為電壓信號，第二采集卡將電壓信號送入計算機。

2.根據權利要求1所述一種集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置，其特征在于，所述第一二向色鏡，用于使得熒光成像、光聲成像、OCT成像共用光路，熒光、光聲信號激發光與OCT激發光波長相差較大，通過選擇截止頻率為850nm～1180nm的第一二向色鏡，實現反射OCT信號激發光，透射熒光、光聲信號激發光，從而實現空間光的合束。

3.根據權利要求1所述一種集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置，其特征在于，所述第一二向色鏡為短波通二向色鏡，截止波長為850nm～1180nm。

4.根據權利要求1所述一種集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置，其特征在于，所述第二二向色鏡，用于使得熒光成像與光聲成像共用光路，熒光信號與光聲信號激發光經由第二二向色鏡反射進入光纖耦合器，熒光信號波長要高于熒光激發光，熒光信號由光纖耦合器出射通過第二二向色鏡，而低于第二二向色鏡截止波長的光會被反射，熒光信號由聚焦透鏡聚焦進入光電倍增管，從而實現光聲成像與熒光成像同時成像。

5.根據權利要求4所述一種集光學、光聲、OCT、熒光多模態前向成像一體化的內窺鏡裝置，其特征在于，所述第二二向色鏡為長波通二向色鏡，截止波長為550nm～780nm。