[发明专利]一种基于透光透声水囊自适应对焦的光声内窥镜及实现方法

说明书

本发明公开了一种基于透光透声水囊自适应对焦的光声内窥镜及实现方法，内窥镜包括：探头模块、控制模块和显示模块；所诉探头模块包括水囊、中空环形超声换能器、光学组件、转轴、外套管和手柄，所述光学组件包括玻璃柱、45°角的反射镜、变焦透镜、准直镜和光纤，所述外套管由注水通道向所述水囊内注水，所述手柄内含的电机和电滑环控制探头旋转；所述控制模块包括电机驱动、激光器驱动、变焦透镜驱动和数据采集卡；所述显示模块包括计算机。本发明通过水囊与形状不规则肠腔柔性匹配，并利用水囊自身的光声信号，精确的确定肠腔的边界，从而实现探头360°环扫时肠壁每一圈不同角度上的多层结构都在焦点上，因此得到高分辨率、高对比度图像。

技术领域

本发明属于无损成像技术领域，具体涉及一种基于透光透声水囊自适应对焦的光声内窥镜及实现方法。

背景技术

光声成像是近年来发展起来的一种新型成像技术，它的基本原理是用脉冲激光照射在生物组织上，组织的光吸收域因瞬时热膨胀而产生超声信号，探测器接受该超声信号后经过处理和图像重建得到样品内部光能量沉积的分布。光声成像反映了不同物质对光的吸收差异。

现有的光声内窥镜有两种，一种光焦距固定，这种装置会因为腔体形状不规则，内窥镜不在腔体中心等原因造成成像分辨率低。

还有一类光声内窥镜可以调节光焦点，专利申请号为201310737534.8，专利名称是基于液态透镜的动态调焦的光声直肠镜成像装置，公开了一种可以动态变焦的光声内窥镜，此装置原理是利用腔体不同的部位组织对光的吸收差异，在连续变焦的过程中找出信号最强的部位以此为焦点。此装置的缺点是在对例如直肠这类形状不规则，层结构复杂且厚度有几毫米的腔体成像时，信号最强处可能在肠壁表层(1mm)，也可能在深层(3mm)，这样重建出来的每一帧图像都会有组织离焦，降低图像分辨率和对比度。

因此，需要提供一种对形状不规则的腔体在同一角度的不同深度上均对焦，能对腔体不同层上均高分辨以及高对比度创新型是光声内窥镜。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于透光透声水囊自适应对焦的光声内窥镜及实现方法，对形状不规则的腔体也能做到同一角度上不同深度对焦，得到高分辨率以及高对比度图像。

本发明的原理是：在正式对腔体成像前，先通过调焦测出光焦点在水囊上时水囊的光声信号幅值，以此为参考值。将水囊装好后，在内窥镜深入腔体内后向水囊内注水，使水囊紧贴腔体，根据水囊的光声信号为检测的第一个光声信号，调节光焦点，找到第一个光声信号与上述参考值最接近的值即为焦点在水囊上；由于水囊的一个边界与腔体的内表面重合，将焦点从水囊上逐渐往后移动可得到腔体同一角度的不同深度上均精确对焦的高分辨率图像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种基于透光透声水囊自适应对焦的光声内窥镜，包括依次连接的探头模块、控制模块和显示模块；所述探头模块包括水囊、中空环形超声换能器、光学组件、转轴、外套管和手柄；以中空环形超声换能器所在为前端，所述中空环形超声换能器与所述转轴相连，所述光学组件位于所述中空环形超声换能器和所述转轴内，所述转轴后端固定在所述手柄内，所述外套管套在所述转轴外面且远端固定在所述手柄上，所述水囊套在所述外套管的前端；

以所述中空环形超声换能器所在为前端，所述光学组件自前向后依次为：玻璃柱、45°角的反射镜、变焦透镜、准直镜和光纤；所述45°角的反射镜、变焦透镜、准直镜和光纤四者的中心在一条直线上，且与所述玻璃柱的中心线垂直；所述光纤通过轴承固定在所诉外套管的中心，由所述控制模块中的激光器驱动装置控制发射532nm脉冲激光，再经过所述准直镜将光束准直为平行光后经过所述变焦透镜聚焦，聚焦光束经过所述45°角的反射镜中心后将光束由水平变垂直，最后经过所述玻璃柱后将焦点聚焦在组织上，其中所述玻璃柱起到透光和密封的作用，即既能保证光路顺利通过，又能将上述除玻璃柱外的其他光学组件与所述中空环形超声换能器外的超声耦合剂隔离；