[发明专利]一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置及成像方法

权利要求书

1.一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，其特征在于：包括套管、光声激发系统、贝赛尔光变换系统、超声信号采集系统、扫描控制系统和图像重建及显示系统；所述套管内依次设置光路连接的光声激发系统、贝赛尔光变换系统、扫描控制系统；套管分别连接超声信号采集系统、图像重建及显示系统；

所述光声激发系统包括：脉冲激光器、单模光纤、光纤准直器和光纤耦合器，所述单模光纤通过标准光纤连接头分别与光纤耦合器和光纤准直器相连，脉冲激光器通过基座固定于套管内部，所述脉冲激光器经过单模光纤，连接到光纤准直器后输出平行光束；

所述贝赛尔光变换系统包括：轴锥镜、短焦平凸透镜和长焦平凸透镜，所述轴锥镜、短焦平凸透镜和长焦平凸透镜依次同轴固定于基座上，安装于套管内，所述短焦平凸透镜焦距大于远轴锥镜的长焦平凸透镜，两平凸透镜的平面相对放置，短焦平凸透镜的前焦点在轴锥镜做产生的贝赛尔光束焦点，长焦平凸透镜其前焦点在短焦平凸透镜的后焦点上；

所述轴锥镜采用圆柱透镜或者自聚焦透镜，将其一端研磨成一定角度圆锥状，一端为平面；

所述轴锥镜长为2mm，直径3mm，其一端面上研磨的锥角为10°，焦深1-20mm；

所述短焦平凸透镜厚度0.5mm，直径2mm，圆锥半径1.5mm，焦距2.8mm；所述长焦平凸透镜厚度0.5mm，直径2mm，圆锥半径2mm，焦距3.8mm；

所述超声信号采集系统包括：中空聚焦超声换能器、信号采集电路和采集信号线，所述中空聚焦超声换能器通过采集信号线沿着套管内侧凹槽引出，与信号采集电路相连；

所述扫描控制系统包括：反光镜、光声透过成像窗口、步进电机、旋转电机、驱动控制电路和控制信号线，所述驱动控制电路通过控制信号线与步进电机和旋转电机连接，所述步进电机、反光镜同轴固定于基座上，安装于套管内；所述中空聚焦超声换能器固定于光声透过成像窗口上，所述光声透过成像窗口位于套管上；

所述图像重建及显示系统包括：计算机，所述计算机分别与驱动控制电路、脉冲激光器、信号采集电路连接；

所述光声内窥镜装置的成像方法，包括下述步骤：

(1)激发：脉冲激光通过光纤耦合器入射到单模光纤中，经光纤准直器后产生平行出射激光，平行激光束经过光学窗口入射轴锥镜，产生贝赛尔光束，经过两平凸透镜组成的望远镜系统实现焦距的延长后，入射反光镜实现90°反射的贝赛尔光束穿过固定于光声透过成像窗口的中空聚焦超声换能器，打到肠内壁上激发出光声信号；

(2)数据采集：肠内壁被激发产生的光声信号被中空聚焦超声换能器所探测，然后通过采集信号线将信号传递到数据采集卡，由信号采集电路上的AC/DC转换模块进行信号转换，最后将信号传输储到计算机中；

(3)内窥扫描：计算机控制驱动控制电路进而控制旋转电机，旋转电机带动探头轴及其内部组件转动，完成一周360°扫描后，完成一次二维扫描，旋转电机停止同时将数据传输到信号采集电路；计算机控制驱动控制电路使探头前进或者后退一步后停止，旋转电机和步进电机重复上述工作，最终完成三维内窥扫描；

(4)图像重建及显示：计算机将采集到的数据存储并处理，完成光声图像、超声图像的重建工作。

2.根据权利要求1所述基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，其特征在于：所述脉冲激光器的输出波长为532nm，激光器的重复频率为8kHz，输出能量为3μJ。

3.根据权利要求1所述基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，其特征在于：自光纤准直器出射的光束直径为1-3mm。

4.根据权利要求1所述基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，其特征在于：产生贝赛尔光束经过反射面与中空聚焦超声换能器的中心轴成45°角的反光镜，经过中空超声换能器中间透镜，于套管上的光声透过成像窗口出射。

5.根据权利要求1所述基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，其特征在于：所述反光镜为45°的反射面，采用棱柱形反光镜固定于套管顶端的凹槽内，位于光声透过成像窗口的正下方。