[发明专利]一种三维光声/超声双模内窥镜及成像方法

说明书

本发明公开一种三维光声/超声双模内窥镜及成像方法，涉及光声/超声内窥镜领域，包括透明硬质套管、光声信号激发组件、超声信号采集组件、探测扫描组件、图像重建及显示组件，所述探测扫描组件包括压电振子、转接件以及成像窗口；所述超声信号采集组件包括中空聚焦超声换能器及超声耦合介质；所述压电振子与所述超声换能器通过转接件连接，所述压电振子在外加电压作用下带动转接件和超声换能器螺旋旋转的方式实现三维图像获取。本发明提出的三维光声/超声双模内窥镜及成像方法，通过压电振子和超声换能器的集成化设计实现三维图像获取，有助于提高光声/超声双模内窥镜的成像速度、空间分辨率和探头寿命，特别适合于高端内窥成像设备。

技术领域

本发明涉及光声/超声内窥镜领域，尤其涉及一种三维光声/超声双模内窥镜及成像方法。

背景技术

内窥镜依赖光源辅助，经人体自然孔道或手术切口进入体内，直接观测目标部位，是内外科精细检查和微创诊疗的重要工具。近年来，恶性肿瘤发病率每年增长3.9%，死亡率每年增长2.5%，涉及内窥镜领域的癌症占比超60%。内窥镜活检是诊断的“金标准”，能显著提高患者五年生存率。随着居民健康意识的提升，对内窥镜诊疗的需求不断提高，以及内窥镜设备技术更新和国内内窥镜市场持续扩容。

光声（PA）成像是基于光声效应，以超声为媒介的成像方法，克服了纯光学和声学成像的不足。PA成像过程中，组织吸收激发光发生热膨胀，产生超声波，利用超声换能器接收声波，重建得到代表组织光吸收分布的初始压强分布。PA成像与内窥镜结合催生光声内窥成像（PAE），是微型探针中体现PA成像的技术，可为内部器官提供光吸收对比成像，在检测肿瘤周围新生血管及提取病变组织深度信息上具有重要价值。为最大化光学成像和声学成像的优点，需要一种能集超声内窥镜和光声内窥镜功能于一体的内窥镜。

以往的光声/超声双模内窥成像系统经人体自然孔道或手术切口进入体内，通过远端手柄处的电磁电机带动探头旋转，再通过由步进电机和精密驱动平台构成的电动回撤系统（轴向位移平台）推拉近端探头实现轴向扫描获取三维数据，具体如图1所示。因此，光声/超声双模内窥系统在三维体成像过程中存在以下关键问题：其一，电磁电机因电磁干扰和不易微型化等问题，只能置于探头远端，使得探头回撤时成像目标在体成像过程中有轻微运动，造成图像整合变形甚至失败，降低图像空间分辨率。其二，电机外置造成其与换能器间的转动传动问题。现有技术采用探头内部的钢丝进行转动传动，但成像速度慢，且钢丝平均寿命不到100次，限制了探头使用时限。这些问题一直阻碍着光声/超声双模内窥成像系统技术的发展，因此，技术更新也成为了亟需解决的问题。

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，提供一种三维光声/超声双模内窥镜及成像方法，该方法是通过压电振子和超声换能器的集成化设计实现三维图像获取，有助于提高光声/超声双模内窥镜的成像速度、空间分辨率和探头寿命。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种三维光声/超声双模内窥镜，所述内窥镜包括一外管，所述外管由两端的金属支撑件和中间的透明硬质套管组成；压电线性致动器固定在外管中，压电线性致动器、伸缩件、中空伸缩管依次固定连接，中空伸缩管内设有一聚焦透镜，聚焦透镜两端各固定一中空管，每个中空管内固定一单模光纤，压电振子通过连接件固定在外管内，输出轴嵌入压电振子的中空部分，转接件与输出轴固定连接，中空聚焦超声换能器与转接件固定连接，成像窗口为一透明硬质套管嵌于外管的圆周上，所述中空聚焦超声换能器的位置对准成像窗口且轴线与输出轴的轴线垂直，所述单模光纤一端穿过中空聚焦超声换能器至成像窗口中；

若将与转接件固定连接上的中空聚焦超声换能器转移至中空伸缩管一端，且与中空伸缩管固定连接时，增设一45°反射镜固定连接在转接件上，所述45°反射镜的位置对准成像窗口且轴线与输出轴的轴线垂直，所述单模光纤一端位于中空聚焦超声换能器中。

具体地，所述压电振子为中空结构，且中间开有一圆角方孔，所述压电振子包括金属基体和压电陶瓷片；轴承通过内螺纹嵌入中空的金属基体内，并通过螺纹驱动带动驱动件螺旋移动。