CN103969192A - 光声内窥a型扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内窥式成像技术领域，具体的说，是涉及一种光声内窥A型扫描成像系统，包括激发与传感单元，控制与处理单元，所述激发与传感单元A和控制与处理单元B之间通过电缆连接，所述激发与传感单元A包括一个内窥镜头和电缆线，所述内窥镜头与电缆线连接，所述电缆线接入所述控制与处理单元B，本发明采用cMUT技术，cMUT环形阵列传感器的加工尺寸和系统尺寸分别在微米量级和毫米量级，且易于形成高密度的阵列，带宽大、机电转化效率高，实现了系统结构的微型化和实用化；将cMUT阵元以环形阵列结构排列，可实现中轴线前方区域多个位点的光声A型探测成像，且每个阵元可选择不同个数的震动膜来接收光声信号以提高系统探测能力。

Description

光声内窥A型扫描成像系统

技术领域

本发明涉及内窥式成像技术领域，具体的说，是涉及一种光声内窥A型扫描成像系统。

背景技术

内窥成像系统主要分为工业用内窥镜和医疗用内窥镜，其可以分为电子内窥镜、光学内窥镜、超声内窥镜等，而目前光学和电子内窥镜应用较多，尤其是电子内窥镜，因为其电子技术发展非常快，使用越来越普及。例如：光学内窥镜可直接反映吸收体的光学散射或反射信息，但由于受介质对光的衰减影响，其穿透深度只有较浅的毫米量级；超声内窥镜反映吸收体的声阻抗差异信息，具有达厘米量级的穿透深度，但其成像对比度相对较低。

光声成像是一种以超声作为媒介的非介入型无损光子学检测技术。它结合了纯光学技术和纯超声技术的优点，采用检测超声波代替检测散射光子，从而在原理上避开了如近红外光谱等方法的高散射、低灵敏度、低探测深度、强干扰等缺点，相对其它的光子学方法表现出更吸引人的优点。中国发明专利申请公开说明书（公开号CN 102743191A）公开了一种聚焦式旋转扫描光声超声血管内窥成像装置及其成像方法，将辐射激光发生90°反射照射在血管内壁上产生光声信号，并通过单元声敏元件接收光声信号，可实现侧面的血管内壁光声成像；中国发明专利申请公开说明书（公开号CN 101912250A）公开了一种血管内光声超声双模成像内窥镜装置及其成像方法，通过巧妙的光声超声激发与传感结构，可实现血管或腔体内壁360度圆周的光声超声双模内窥成像。但以上两种方法的明显缺陷是大片的前向区域（即传感器的切线方向）均为成像盲区，只适用于管状被测物体的侧向扇形内窥成像，而无法实现在前向的深度方向内窥成像。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种光声内窥A型扫描成像系统。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

一种光声内窥型扫描成像系统，包括激发与传感单元，控制与处理单元，所述激发与传感单元和控制与处理单元之间通过电缆连接，所述激发与传感单元包括一个内窥镜头和电缆线，所述内窥镜头与电缆线连接，所述电缆线接入所述控制与处理单元，

所述内窥镜头包括一个光纤头，所述光纤头的外侧设有凸透镜，凸透镜的外侧设有透光保护膜，在所述光纤头和凸透镜的外围套装有固定层，在透光保护膜的外围设有cMUT环形阵列传感器，在cMUT环形阵列传感器和固定层之间为芯片，所述芯片内部含有开关电路；所述电缆线内包裹有信号线和光纤，光纤与光纤头连接，所述信号线穿过固定层与芯片内的开关电路电气连接，所述开关电路还与cMUT环形阵列传感器的电极电气连接；

所述控制与处理单元由光源、接口模块、信号预处理模块、控制与处理器组成；所述控制与处理器分别与光源、信号预处理模块电连接；所述接口模块与激发与传感单元的电缆线连接，所述接口模块还分别与光源、信号预处理模块连接。

所述光源产生的波长范围为在紫外至红外内一个或多个波长的脉冲或调制激光。

所述光纤头、透镜、cMUT环形阵列传感器、透光保护膜的中心都位于同一中轴线上，一体化封装于外壳内，构成一体化的同轴共焦结构。

所述cMUT环形阵列传感器包括基底和设置于基底之上的cMUT阵元，所述cMUT阵元由震动膜、电极、导线组成，所述基底内设有k个cMUT阵元，各cMUT阵元均匀排列成圆环状。

各cMUT阵元均包含有i×j个矩阵排列的震动膜，每个震动膜通过导线与电极电气连接，且i = 1,2，……n，j = 1,2，……n。

本发明的有益效果在于：

1. 本发明采用cMUT技术，cMUT环形阵列传感器的加工尺寸和系统尺寸分别在微米量级和毫米量级，且易于形成高密度的阵列，具有带宽大和机电转化效率高等优点，实现了系统结构的微型化和实用化。

2.本发明将cMUT阵元以环形阵列结构排列，有效的提高了其在中轴线上的动态聚焦探测能力，可实现中轴线前方区域多个位点的光声A型探测成像，且每个cMUT阵元可选择不同个数的震动膜来接收光声信号以提高系统探测能力。

3.本发明的激发与传感单元设计为同轴共焦的一体化微型结构，极大的提高了光声信号的激发与传感效率，且易于深入被检测物体内进行检测。

4.本发明采用背向模式探测光声信号，有效的提高了系统的可操作性和适用范围，可广泛应用于生物医学诊断、珠宝首饰鉴定、工业检测与探伤等领域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明激发与传感单元的结构剖视放大图；

图3为图1中内窥镜头的左向放大结构示意图；

图4为本发明cMUT阵元的结构示意图。

图中，1为内窥镜头、2为电缆线、3为光源、4为接口模块、5为信号预处理模块、6为控制与处理器、7为cMUT环形阵列传感器、8为cMUT阵元、9为震动膜、10为基底、11为电极、12为导线、13为芯片、15为固定层、16为外壳、17为信号线、18为透光保护膜、19为凸透镜、20为光纤头、21为光纤、22为光束、23为中轴线、24为吸收体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：参见图1。

一种光声内窥A型扫描成像系统，包括激发与传感单元A，控制与处理单元B，所述激发与传感单元A和控制与处理单元B之间通过电缆连接，所述激发与传感单元A包括一个内窥镜头1和电缆线2，所述内窥镜头1与电缆线2连接，所述电缆线2接入所述控制与处理单元B，所述内窥镜头1包括一个光纤头20，所述光纤头20的外侧设有凸透镜19，凸透镜19的外侧设有透光保护膜18，在所述光纤头20和凸透镜19的外围套装有固定层15，在透光保护膜18的外围设有cMUT环形阵列传感器7，在cMUT环形阵列传感器7和固定层15之间为芯片13，所述芯片13内部含有开关电路；所述电缆线2内包裹有信号线17和光纤21，光纤21与光纤头20连接，所述信号线17穿过固定层15与芯片13内的开关电路电气连接，所述开关电路还与cMUT环形阵列传感器7的电极11电气连接。

所述控制与处理单元B由光源3、接口模块4、信号预处理模块5、控制与处理器6组成；所述控制与处理器6分别与光源3、信号预处理模块5电连接；所述接口模块4与激发与传感单元A的电缆线2连接，所述接口模块4还分别与光源3、信号预处理模块5连接。

所述光源3产生的波长范围为在紫外至红外内一个或多个波长的脉冲或调制激光，通过接口模块4导入光纤21内，经透镜19后产生聚焦或平行的光束22，穿过透光保护膜19和cMUT环形阵列传感器7的中空内环，射向被检测物体内的吸收体24激发出光声信号。

所述光纤头20、透镜19、cMUT环形阵列传感器7、透光保护膜18的中心都位于同一中轴线23上，一体化封装于外壳16内，构成一体化的同轴共焦结构；所述cMUT环形阵列传感器7能在中轴线23上接收光声信号，实现微型的激发与传感单元A可深入被检测物体内的内窥式光声A型扫描成像。

所述cMUT环形阵列传感器7包括基底10和设置于基底10之上的cMUT阵元8，所述cMUT阵元8由震动膜9、电极11、导线12组成，所述基底10内设有k个cMUT阵元8，各cMUT阵元8均匀排列成圆环状。

各cMUT阵元8均包含有i×j个矩阵排列的震动膜9，每个震动膜9通过导线12与电极11电气连接，且i = 1,2，……n，j = 1,2，……n。

本发明的使用原理简述如下：

光源3产生的激光经接口模块4导入光纤21中，然后经凸透镜19聚焦辐射在前方的吸收体24上，吸收体24被激发出的光声信号由cMUT环形阵列传感器7探测，其中可以通过芯片13内的开关电路选择cMUT环形阵列传感器7中不同的cMUT阵元8来接收。被探测到信号经信号线17和接口模块4后，由信号预处理模块5做预处理，最终被控制与处理器6接收。控制与处理器6通过相控聚焦算法或合成孔径算法，即可重建出前方吸收体24的光学吸收分布。

Claims (5)

1.一种光声内窥A型扫描成像系统，包括激发与传感单元，控制与处理单元，所述激发与传感单元和控制与处理单元之间通过电缆连接，所述激发与传感单元包括一个内窥镜头（1）和电缆线（2），所述内窥镜头（1）与电缆线（2）连接，所述电缆线（2）接入所述控制与处理单元，其特征在于：

所述内窥镜头（1）包括一个光纤头（20），所述光纤头（20）的外侧设有凸透镜（19），凸透镜（19）的外侧设有透光保护膜（18），在所述光纤头（20）和凸透镜（19）的外围套装有固定层（15），在透光保护膜（18）的外围设有cMUT环形阵列传感器（7），在cMUT环形阵列传感器（7）和固定层（15）之间为芯片（13），所述芯片（13）内部含有开关电路；所述电缆线（2）内包裹有信号线（17）和光纤（21），光纤（21）与光纤头（20）连接，所述信号线（17）穿过固定层（15）与芯片（13）内的开关电路电气连接，所述开关电路还与cMUT环形阵列传感器（7）的电极（11）电气连接；

所述控制与处理单元由光源（3）、接口模块（4）、信号预处理模块（5）、控制与处理器（6）组成；所述控制与处理器（6）分别与光源（3）、信号预处理模块（5）电连接；所述接口模块（4）与激发与传感单元的电缆线（2）连接，所述接口模块（4）还分别与光源（3）、信号预处理模块（5）连接。

2.根据权利要求1所述的光声内窥A型扫描成像系统，其特征在于：所述光源（3）产生的波长范围为在紫外至红外内一个或多个波长的脉冲或调制激光。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的光声内窥A型扫描成像系统，其特征在于：所述光纤头（20）、透镜（19）、cMUT环形阵列传感器（7）、透光保护膜（18）的中心都位于同一中轴线（23）上，一体化封装于外壳（16）内，构成一体化的同轴共焦结构。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的光声内窥A型扫描成像系统，其特征在于：所述cMUT环形阵列传感器（7）包括基底（10）和设置于基底（10）之上的cMUT阵元（8），所述cMUT阵元（8）由震动膜（9）、电极（11）、导线（12）组成，所述基底（10）内设有k个cMUT阵元（8），各cMUT阵元（8）均匀排列成圆环状。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的光声内窥A型扫描成像系统，其特征在于：各cMUT阵元（8）均包含有i×j个矩阵排列的震动膜（9），每个震动膜（9）通过导线（12）与电极（11）电气连接，且i = 1,2，……n，j = 1,2，……n。