[发明专利]一种前置微型电机高精度三维扫描的光声内窥镜及成像方法

说明书

本发明公开了一种前置微型电机高精度三维扫描的光声内窥镜及成像方法，该内窥镜包括探头壳、光学反射棱镜、微型电机、超声换能器、光学变焦透镜；所述的探头壳带有微型电机放置腔、油室和容腔；超声换能器安装于探头中部，将油室和容腔隔开；光学变焦透镜设置于探头容腔内部靠近超声换能器的一端，微型电机的主体部分固定于探头内部顶端的微型电机放置腔，其中心的金属轴在旋转的同时可前后移动。本发明为光声内窥三维成像提供了一种只旋转并移动反射镜而其它部件不用旋转或移动的方案，解决了较大旋转电机和步进电机带来的电磁干扰和精度等问题；具备扫描效率和精度高，单次扫描的范围大，可获得腔道组织的多参量物理信息和多尺度的结构成像。

技术领域

本发明属于光声内窥成像、无损检测技术领域，涉及一种前置微型电机高精度三维扫描的光声内窥镜及成像方法。

背景技术

目前常用的内窥镜主要是光学类和超声类。以生物体作为被检体为例，光学内窥镜只能对被检测体内部腔体的表面成像，例如针对消化道的检测，无法对发端于深层次的组织异常进行早期探查。而超声内窥镜接收各层组织的回波信号，利用的是组织的声阻抗差异来成像。超声内窥镜虽然能够反映组织的结构信息，但是成像的分辨率较低，对生物体软组织的对比度也不高，尤其是无法获取组织的生物分子信息、这大大限制了光学类和超声类内窥镜对生物体组织异常或者工件缺陷的判断和探查能力。

光声成像是近年来发展起来的一种非侵入式和非电离式的新型成像方法，它结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声成像的深穿透特性两个优点。该成像技术以短脉冲激光作为激励源，以及由此激发的超声信号作为信息载体，通过相应的图像重建算法重建组织内部结构和功能信息的成像方法。该技术结合了光学成像和声学成像的特点，可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织层析图像，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”(约为1毫米)，在成像领域具有广泛的应用前景。

光声内窥镜利用组织的光学吸收差异对组织成像，既能获得较高的对比度和分辨率，同时还能够探测生物组织的部分理化信息。这对需要检出细微伤的工件或是早期生物体组织异常的判断和探查有极其重大的意义。该技术能有效的进行生物组织结构和功能成像，为研究生物组织的形态结构、代谢功能等提供了重要手段，已逐渐成为影像技术领域的研究热点。

目前，可呈现三维图像的光声内窥成像的超声探头大多是采集多张二维图像后期处理为三维图像的。具体的，在二维XY平面内采集光声信号，然后利用位移平台或者步进电机推拉探头在XZ平面内移动，重建并保存数百张二维光声图像，再将不同层的光声二维图像通过软件处理就可得到光声三维成像。这种方式难以实现清晰的三维光声图像，甚至会产生明显的拼接和错位现象，也即图像效果不能达到最佳，视野也较窄，分辨率难以提高。

专利号201310739425.X，使用同轴的步进电机控制内窥镜套管绕中心主轴旋转，单一地进行环形扫描，一次扫描仅仅能够得到被探测管腔的一层横断面，扫描的效率较低；为了得到管腔的多层横断面，必须通过推拉内窥镜探头，除了扫描速度低外，还严重影响扫描精度，难以做到精准成像。

申请号201511026350.6的专利申请公开了一种组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置及其方法。该装置采用步进电机、旋转轴、光电滑环、光纤耦合器、聚焦透镜、油室、反射镜、反射镜驱动器等器件和结构，虽然该装置的扫描效率和扫描精度有所提高，单次扫描的范围有所加大，但是步进电机、光电滑环的应用给生成的图像加大了电磁干扰、衰减了能量；且多段轴设计结构复杂，密封要求高，限制了整个装置的可应用性。

申请号201110171027.3的专利申请公开了一种快速光声三维成像装置。该装置采用可编程逻辑阵列模块控制光学掩膜中各微镜片的通断，进而控制激光束通过光学掩膜照射在被测物体上的区域，以产生光声信号并重建为三维图像，虽然解决了现有光声三维成像装置成像速度慢的问题。但显然由于设备的复杂度和尺寸问题，这个装置是不适合用于内窥成像的。