[发明专利]集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置及其成像方法

权利要求书

1.一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，其特征在于，包括控制系统、光源系统、光路系统、内窥镜探头、数据采集及重建系统，所述分别与光源系统和数据采集系统连接，所述光源系统、光路系统、内窥镜探头顺序连接，所述数据采集系统还与内窥镜探头和数据重建系统连接；

所述控制系统以FPGA开发板作为控制模块，产生时序脉冲控制各个成像子模块；

所述光源系统包括脉冲激光器、连续激光器、白光光源；连续激光器与白光光源控制端与FPGA开发板相连接，用于控制光源输出，光源输出端通过光纤接入光路系统；

所述光路系统包括光纤耦合器、单模光纤、第二二向色镜、第二聚焦透镜、耦合器、第三准直器、第四准直器、第二反射镜、光谱仪、光电倍增管；脉冲激光器输出光经由第二二向色镜反射进入光纤耦合器，光纤耦合器通过单模光纤连接内窥镜探头中的第二准直器，荧光激发光经由光纤耦合器出射入射第二二向色镜，第二二向色镜出射光经由第二聚焦透镜聚焦入射光电倍增管光电阴极；连续激光器输出光通过单模光纤连接耦合器，耦合器将输入光一分为二，一路通过第一准直器进入内窥镜探头，另外一路经过第三准直器准直入射第二反射镜，第一准直器出射的样品臂返回光与来自第三准直器反射光在耦合器中发生干涉，经由第四准直器出射入射光谱仪；光源系统中白光光源通过单模光纤连接数至内窥镜探头侧壁光导纤维，用于组织照明；

所述内窥镜探头由一体化内窥镜构成，包括电荷耦合元件CCD、目镜、分光镜、第一准直器、第二准直器、第一二向色镜、第一聚焦透镜、第一反射镜、MEMS镜、棒状透镜、光导纤维、超声换能器、透光反声镜、内窥镜外壳；脉冲激光器输出光经由第二准直器进入一体化内窥镜，水平入射穿过第一二向色镜，连续激光器输出光经由第一准直器进入一体化内窥镜，经由第一二向色镜反射后与脉冲光完成合束，合束光经由第一聚焦透镜聚焦后入射第一反射镜，反射后入射MEMS镜表面，扫描光由分光镜反射后入射棒状透镜，在棒状透镜内部传输穿过透光反声镜入射组织表面；

所述数据采集及重建系统包括第一信号放大器、第一采集卡、第二信号放大器、第二采集卡、第三采集卡、计算机，多模态成像系统同时成像白光、光声、OCT、荧光图像；光声成像中，脉冲激光入射组织表面，表面受激产生超声波由内窥镜探头侧壁换能器接收，信号经过第一信号放大器放大后进入第一采集卡，由第一采集卡将原始数据送入计算机；OCT成像中，光谱仪接收干涉信号，由第三采集卡送入计算机；荧光成像中，光电倍增管将荧光信号转换为电流信号，经由第二信号放大器转换为电压信号，第二采集卡将电压信号送入计算机。

2.根据权利要求1所述一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，其特征在于，所述第一二向色镜，用于使得荧光成像、光声成像、OCT成像共用光路，荧光、光声信号激发光与OCT激发光波长相差较大，通过选择截止频率为850nm～1180nm的第一二向色镜，实现反射OCT信号激发光，透射荧光、光声信号激发光，从而实现空间光的合束。

3.根据权利要求1所述一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，其特征在于，所述第一二向色镜为短波通二向色镜，截止波长为850nm～1180nm。

4.根据权利要求1所述一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，其特征在于，所述第二二向色镜，用于使得荧光成像与光声成像共用光路，荧光信号与光声信号激发光经由第二二向色镜反射进入光纤耦合器，荧光信号波长要高于荧光激发光，荧光信号由光纤耦合器出射通过第二二向色镜，而低于第二二向色镜截止波长的光会被反射，荧光信号由聚焦透镜聚焦进入光电倍增管，从而实现光声成像与荧光成像同时成像。

5.根据权利要求4所述一种集光学、光声、OCT、荧光多模态前向成像一体化的内窥镜装置，其特征在于，所述第二二向色镜为长波通二向色镜，截止波长为550nm～780nm。