[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

说明书

本发明涉及一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥装置及成像方法，置包括套管、光声激发系统，贝赛尔光束变换系统，超声信号采集系统，扫描控制系统，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、准直器、光纤耦合器；所述贝赛尔光变换系统包括：轴锥镜、短焦平凸透镜、长焦平凸透镜；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，采集信号线；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、驱动控制电路和控制信号线。本发明首次将贝赛尔光束应用于光声内窥，可以很好实现一定范围内高的、均匀的图像分辨率及对比度，同时提高了检测灵敏度。可广泛应用于工业探伤、医学影像等领域。

技术领域

本发明涉及光声内窥的研究领域，特别涉及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。

背景技术

光声成像技术是指当脉冲激光照射到生物的组织中时，组织中的光吸收区域将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织中的光吸收介质快速升温膨胀产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像既具有纯光学组织成像中的高选择特性同时具有纯超声组织成像中的深穿透特性的两个优点，通过光声成像可得到高分辨率和高对比度的组织图像。目前光声成像技术已经应用到内窥成像领域。

光声内窥成像过程中只有在焦点或者近焦很小的区域内才能实现高分辨率成像，但高斯光束其聚焦光斑的焦长极小，偏离焦点时光束快速发散，且内窥镜探头的位置偏离且检测的样品自身存在不规则性和非对称性，使得固定焦距的高斯光束其焦点无法准确的定位在组织上，因为在焦点处其分辨率最高，偏离焦点致使分辨率降低，严重影响成像的分辨率，致使成像灵敏度不高；同时由于内窥镜探头的位置偏离和检测的样品自身存在不规则性和非对称性，造成组织体受到大的光照能量分布不均匀，造成光声内窥成像的信噪比不一致，使得光声内窥技术的实际应用受到限制。

除此之外，为了解决光声内窥镜环形扫描时焦点漂移的问题现有技术多采用液态透镜进行动态调焦的方式进行光声内窥成像，该种方法采用调节控制液态透镜的曲率，实现液态透镜焦距的改变的方式，其需要不断重复扫描，通过编程选择最优点，再反馈给液态透镜进行曲率调节，成像效果受到算法一定的限制，突出问题为径向扫描速度太慢而无法实现实时成像。

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，提出一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，因贝赛尔光束在传播方向上具有无衍射，焦长较长，中心光斑极小的特点，将其应用于内壁不平整的内窥检测，能够在一个较大的范围内保持高分辨率，使分辨率更加均匀，提高了检测的灵敏度。

本发明的另一目的在于提供运用上述内窥镜装置的成像方法，本发明首次将扩展焦深的贝赛尔光束应用到光声内窥领域。解决了扫描过程中因位置偏差使焦点没有准确打在检测样品上而造成的分辨率降低问题，实现了光声内窥检测的动态成像，保证了所呈图像的分辨率和对比度处于较高水平。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置，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；