CN113057675A - 一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统，其中成像装置包括超声换能器、第一转动驱动、第二转动驱动和传动装置，第一转动驱动设置有第一转动输出部，第二转动驱动设置有第二转动输出部，第一转动输出部和第二转动输出部分别与传动装置传动连接；传动装置连接超声换能器，传动装置旋转带动超声换能器旋转；第一转动输出部和第二转动输出部的转动轴心与传动装置的转动轴心不同轴。本发明稳定可靠，在旋转时不会产生抖动、偏移，从而导致图像失真；本发明的中心轴为中空结构，防止导线在超声换能器旋转过程中遮挡超声换能器，影响超声成像，从而可以兼容其它成像组件；本发明的体积较小，易于进入患者体内，降低患者的不适感。

Description

一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统。

背景技术

消化道疾病发病率高而且发病范围广泛，可以在所有年龄段的人群中出现，病情容易反复发作，对患者的身体健康造成巨大影响。消化道疾病主要分为三大类，包括食管疾病、胃部疾病和肠道炎症疾病。不同的发病部位和病情需要不同的治疗策略，因此只有经过专业的检查并诊断出病情后才能对症治疗。

内窥镜已经在人体消化道疾病的诊断中扮演了重要的角色。它由图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等模块构成，可以经口腔或其他天然孔道进入体内。医生可以借助内窥镜观察人体内部的病变情况，并据此制定出最佳的治疗方案。然而，受到光学成像深度的限制，传统内窥镜只能观察到腔道表面的情况，无法获取腔道组织深层的病变信息，大大限制了诊断的完整性和准确性。

现有技术针对传统内窥镜只能观察腔道表面的问题提供了一种解决方案，用以获取腔道组织深层的病变信息。超声成像是一种重要的医学诊断技术，超声波可以到达组织深层结构并反射回波，最终形成图像，因而可用于组织深层病变的检查。在消化道疾病的诊断中，超声成像技术的优点是能显示胃肠管腔内充盈和排空等变化，显示管壁的蠕动、厚度和层次结构；对肿瘤以及其他胃肠管壁增厚性疾病有良好的显示能力，提示病变的部位和范围，能显示恶性肿瘤的转移情况，弥补纯光学成像技术的不足。

现有技术的成像装置会产生抖动、偏移，导致图像失真。成像装置侧面走线，遮挡超声换能器旋转成像。传统的成像装置设计存在缺陷，尺寸难以控制，导管粗，耐受性差，导致难以进入人体腔道。所以需要对现有技术进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统，用以克服上述现有技术产生抖动、偏移，侧面走线遮挡超声换能器旋转成像，成像装置不易插入人体腔道等至少一个前述问题。

具体地，本发明提供了一种成像装置，包括超声换能器、第一转动驱动、第二转动驱动和传动装置，

所述第一转动驱动设置有第一转动输出部，所述第二转动驱动设置有第二转动输出部，所述第一转动输出部和所述第二转动输出部分别与所述传动装置传动连接，以带动所述传动装置旋转；

所述传动装置连接所述超声换能器传动连接，使所述传动装置旋转时带动所述超声换能器旋转；

所述第一转动输出部和所述第二转动输出部的转动轴心与所述传动装置的转动轴心不同轴。

进一步，所述成像装置还包括光学成像组件、中心轴和旋转连通装置，所述旋转连通装置套设在所述中心轴上；

所述旋转连通装置包括转子和定子，所述超声换能器与所述转子通过第一导线组件相连，所述转子配置为能够与所述超声换能器一起转动，所述转子与所述定子之间通过电磁耦合实现电性连接；

所述中心轴设有中心孔，所述光学成像组件与第二导线组件连接，所述第二导线组件穿过所述中心孔，并与外部成像系统相连，避免导线在旋转过程中发生缠绕，造成损伤。

进一步，所述超声换能器设置在所述中心轴上，所述传动装置连接所述中心轴以带动所述中心轴旋转，所述超声换能器与所述转子配置为能够随所述中心轴旋转，所述旋转连通装置设置在所述光学成像组件与所述超声换能器之间；

所述定子连接有第三导线组件，所述第三导线组件穿过所述中心孔。

进一步，所述超声换能器设置在所述中心轴上，所述传动装置连接所述中心轴以带动所述中心轴旋转，所述超声换能器与所述转子配置为能够随所述中心轴旋转，所述超声换能器设置在所述光学成像组件与所述旋转连通装置之间。

进一步，所述超声换能器、所述传动装置和所述转子安装在一起形成旋转成像组件，所述旋转成像组件绕所述中心轴旋转；

所述定子连接有第三导线组件，所述第三导线组件穿过所述中心孔。

进一步，所述超声换能器为单阵元圆形聚焦换能器，所述单阵元圆形聚焦换能器包括压电层、匹配层和背衬层，所述匹配层覆盖在所述压电层的一侧，所述背衬层覆盖所述压电层的另一侧；

所述单阵元圆形聚焦换能器还包括金属外壳、正极和负极；

所述正极通过所述背衬层从所述压电层引出，所述压电层负极通过所述匹配层与所述金属外壳导通，所述负极从所述金属外壳引出。

进一步，所述第一转动输出部、所述第二转动输出部和所述传动装置为齿轮。

一种检测探头，包括成像装置，所述检测探头还包括外壳，所述成像装置设置在所述外壳内；

其中，所述光学成像组件设置在所述外壳前端，所述外壳的前端具有透光部，所述透光部的位置与所述光学成像装置相对应；

所述外壳还设有透声部，所述透声部的位置与所述超声换能器相对应；

所述检测探头还包括线缆，所述线缆连接所述外壳，且伸入所述外壳内部，所述线缆电性连接所述光学成像组件和所述超声换能器。

一种成像方法，所述第一转动驱动与所述第二转动驱动朝同一方向旋转，所述转动输出部将扭矩传导给所述传动装置，带动所述中心轴旋转，进而带动所述超声换能器进行旋转成像，所述超声换能器将得到的超声扫描数据通过所述第一导线组件传递给所述外部成像系统；

所述光学成像组件获取光学成像数据，并将所述光学成像数据通过所述第二导线组件传递给所述外部成像系统。

一种内窥镜系统，包括成像装置，所述内窥镜系统还包括所述外部成像系统、显示器和控制单元，所述显示器与所述外部成像系统连接，所述控制单元与所述成像装置连接；

所述控制单元用于控制所述光学成像组件和所述超声换能器成像；

所述外部成像系统用于对所述光学成像数据和所述超声扫描数据进行实时图像处理，并将处理结果发送至所述显示器；

所述显示器用于对光学图像和超声图像进行显示。

综上所述，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过多个转动驱动带动超声换能器进行旋转成像，稳定可靠，在旋转时不会产生抖动、偏移，从而导致图像失真；中心轴为中空结构，防止导线在超声换能器旋转过程中遮挡超声换能器，影响超声成像，从而可以兼容其它成像组件；本发明的体积较小，易于进入患者体内，降低患者的不适感。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例超声换能器旋转示意图。

图2为本发明实施例成像装置结构示意图。

图3为本发明实施例成像装置工作示意图。

图4为本发明实施例单阵元圆形聚焦超声换能器的结构示意图。

图5为本发明实施例成像装置走线图。

图6为本发明一种具体实施例的结构示意图。

图7为本发明另一种具体实施例的结构示意图

图8为本发明再一种具体实施例的结构示意图

图9为应用了本发明的成像装置获取的猴子食道超声图像。

图10为本发明实施例检测探头的结构示意图。

图11为本发明实施例成像方法的流程框图。

图12为本发明实施例内窥镜系统的示意图。

附图标记：

1-超声换能器；11-压电层；12-匹配层；13-背衬层；14-金属外壳；15-正极；16-负极；2-中心轴；21-中心孔；3-转动驱动；31-第一转动驱动；32-第二转动驱动；41-第一转动输出部；42-第二转动输出部；43-传动装置；5-导线；51-第一导线组件；52-第二导线组件；53-第三导线组件；6-旋转连通装置；61-转子；62-定子；7-光学成像组件；8-外壳；81-透光部；82-透声部；83-非透声透光部；9-线缆；10-壳体；101-成像装置；102-外部成像系统；103-显示器；104-控制单元；A-人体腔道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的成像装置在医疗领域的应用为观察人体内部的病变情况。为了能够采集到较完整的人体腔道A超声图像，成像装置需要具有旋转成像的功能。本发明提供了一种成像装置，包括超声换能器1和中心轴2，超声换能器2固定在中心轴2上，如说明书附图1所示，超声换能器1能够以中心轴2为轴旋转，获取较完整的人体腔道A超声图像。

具体的，为了实现超声换能器1的旋转成像功能，如说明书附图2所示，本发明的成像装置还包括转动驱动3，用于驱动超声换能器1旋转。

现有技术通常采用单个偏置的转动驱动3带动超声换能器1旋转，超声换能器1在旋转时会产生抖动、偏移，从而导致图像失真。为了使超声换能器1能够稳定旋转，同时体积不会太大，使成像装置不易插入人体腔道A内，优选的，如说明书附图2所示，本发明采用两个转动驱动3来稳定地实现超声换能器1的旋转功能，并且在同一个旋转平面上，第一转动驱动31、第二转动驱动32与中心轴2轴心线的连线之间的夹角取值范围为160°-180°。

具体的，第一转动驱动31设置有第一转动输出部41，第二转动驱动32设置有第二转动输出部42，本发明还包括传动装置43。第一转动驱动31与第一转动输出部41同轴固定，第二转动驱动32与第二转动输出部42同轴固定，第一转动输出部41和第二转动输出部42分别与传动装置43传动连接，超声换能器1与传动装置43传动连接。如说明书附图3所示，当第一转动驱动31与第二转动驱动32往同一方向旋转时，带动第一转动输出部41和第二转动输出部42旋转，第一转动输出部41和第二转动输出部42将扭矩传导给传动装置43，传动装置43带动超声换能器1旋转，从而使超声换能器1能够进行360°旋转成像。优选的，第一转动驱动31和第二转动驱动32均为电机。

需要说明的是，第一转动输出部41与第一转动驱动31、第二转动输出部42与第二转动驱动32可以为一体结构，也可以分开成型。第一转动输出部41、第二转动输出部42和传动装置43可以为齿轮结构，齿轮结构之间相互啮合。

现有技术通常采用阵列超声换能器获取超声图像，阵列超声换能器信号通道较多，能够获取较完整的超声图像，但阵列超声换能器信号通道数多，成像装置的线缆直径大，不易插入人体腔道A内，而本发明采用信号通道较少、线缆直径也较小的超声换能器1，以中心轴2为轴旋转，同样可以获取完整的人体腔道A图像，同时也便于进入人体腔道A，降低患者的不适感。

优选的，本发明采用单阵元圆形聚焦超声换能器，通过中心轴2进行360°旋转成像，并发射超声波，同时采集反射回的声波，经过图像处理，最终得到人体腔道A的超声图像。其中，如说明书附图4所示，单阵元圆形聚焦换能器包括压电层11、匹配层12、背衬层13、金属外壳14、正极15和负极16。匹配层12覆盖在压电层11的一侧，背衬层13覆盖压电层11的另一侧。正极15通过背衬层13从压电层11引出，压电层11负极通过导电的匹配层12与金属外壳14导通，负极16从金属外壳14引出。

具体的，单阵元圆形聚焦超声换能器可以为多个，且在单阵元圆形聚焦超声换能器的旋转平面上按预设间隔分布。例如，当单阵元圆形聚焦超声换能器的数量为两个时，两个单阵元圆形聚焦超声换能器关于中心轴2对称分布；当单阵元圆形聚焦超声换能器的数量为三个时，在同一个单阵元圆形聚焦超声换能器的旋转平面上，三个单阵元圆形聚焦超声换能器与中心轴2轴心线之间的连线两两之间的夹角均为120°，所述旋转平面与中心轴2垂直；超声换能器1的数量大于三个时，超声换能器1在中心轴2上的间隔设置依次类推。前述多个单阵元圆形聚焦超声换能器的设计能够获取人体腔道A不同部位的超声图像，提高采集超声图像的效率。

进一步，多个单阵元圆形聚焦超声换能器具有不同的频率，能够获取人体腔体A不同深度的超声图像，成像范围更大。具体的，具有较高频率的单阵元圆形聚焦超声换能器能够获取人体腔道A较深处的超声图像，具有较低频率的单阵元圆形聚焦超声换能器能够获取人体腔道A较浅处的超声图像。

成像装置获取的信息和驱动成像装置的电流需要通过导线5传导，而超声换能器1在中心轴2上旋转时，导线5容易发生缠绕，导致导线5在旋转过程中造成损伤。为了保证电流或信号可以精准地传输到外部成像系统，需要在中心轴2上套设一个旋转连通装置6。超声换能器1通过第一导线组件51与旋转连通装置6的转子61连接，转子61能够随超声换能器1转动，转子61与旋转连通装置6的定子62电磁耦合以进行信号传输，定子62保持不动，定子62连接有第三导线组件53，第三导线组件53与外部成像系统连接。第一导线组件51和第三导线组件53包括超声信号线与电源线，用于传递超声换能器1的信号并向超声换能器1传输电能。

进一步，中心轴2为中空结构，中心轴2设有中心孔21，中心轴2的中空结构设计使得成像装置还可以兼容其它成像组件，如光学摄像头、OCT等，从而形成多模态成像装置，同时防止导线5在超声换能器1旋转过程中遮挡超声换能器1，影响超声成像。例如，参照说明书附图5，光学成像组件7与第二导线组件52连接，第二导线组件穿过中心孔21与外部成像装置连接，避免侧面走线遮挡超声换能器1成像。第二导线组件52包括光学信号线和电源线，用于传递光学成像组件7的信号并向光学成像组件7传输电能。

进一步，光学成像组件7包括摄像模组和照明模组，照明模组用于给摄像模组提供充足的照明。

实施例一

如说明书附图6所示，为本发明成像装置的一种具体实施例。超声换能器1设置在中心轴2上，旋转连通装置6设置在光学成像组件7与超声换能器1之间。第二导线组件52穿过中心孔21与外部成像系统连接，超声换能器1与转子61通过第一导线组件51连接，第一转动输出部41和第二转动输出部42将扭矩传导给传动装置43，带动中心轴2旋转，进而带动超声换能器1和转子61进行旋转。旋转连通装置6的转子61与定子62电磁耦合，定子62连接有第三导线组件53，第三导线组件53穿过中心孔21与外部成像系统连接。

实施例二

如说明书附图7所示，为本发明成像装置的另一种具体实施例。与实施例一不同的是，超声换能器1设置在光学成像组件7与旋转连通装置6之间，第三导线组件53直接与外部成像系统连接。

实施例三

如说明书附图8所示，为本发明成像装置的另一种具体实施例。与实施例一不同的是，本实施的成像装置还包括旋转成像组件，旋转成像组件包括超声换能器1、传动装置43和转子61，超声换能器1、传动装置43和转子61通过旋转成像组件的壳体10装配为一个整体。超声换能器1固定在旋转成像组件的外壳上，转子61与定子61电磁耦合，实现电性连接，第一转动输出部41和第二转动输出部42将扭矩传导给传动装置43，传动装置43带动旋转成像组件绕中心轴2旋转，中心轴2保持不动。

通过本发明的成像装置能够获取完整地获取人体腔道A的图像，如说明书附图9所示，在一个具体的实例中，操作人员使用本发明的成像装置清晰、完整地获取猴子食道的超声波图像，验证了本发明成像装置的可行性。

在保证成像装置能够较为轻易地进入人体腔道A的前提下，本发明还可以使用多于两个的转动驱动3，相应的，增加与转动驱动3匹配的传动装置4，使中心轴2的旋转更加稳定。

本发明还可以设置有信号放大器，信号放大器用于将导线5中的信号放大后再输出到外部成像系统，可以极大地提高接收超声信号的幅值、信噪比、探测灵敏度以及探测深度等，改善高频超声的信号质量。

本发明还提供了一种检测探头，如说明书附图10所示，包括上述成像装置和外壳8，成像装置设置在外壳8内。

具体的，外壳8的前部、中部和后部依次为透光部81、透声部82和非透声透光部83。光学成像组件7的位置与透光部81对应，光学成像组件7能够通过透光部81清晰地观察到人体腔道A；超声换能器1的位置与透声部82对应，超声换能器1能够透过透声部82反射和接收超声波；外壳8剩余的部分即为非透声透光部83。

在检测探头的实际应用场景中，病患需要让检测探头进入人体腔道A进行图像获取，再将检测探头从人体腔道A内取出。所以，本实施例的检测探头还包括线缆9，线缆9连接外壳8且伸入外壳8内部，线缆9电性连接光学成像组件7和超声换能器1，用于将检测探头从人体腔道A内移出。其中，第二导线组件52与第一导线组件51设置在线缆9内部。

为了减轻病患的不适感，外壳8为易于吞咽的软性材料，例如硅橡胶、聚氯乙烯、热弹性塑料体等。在应用中，外壳8还可以根据实际需要设置为球形、椭圆形或其他易于吞咽的形状。

如说明书附图11所示，本发明还提供了一种成像装置的成像方法，第一转动驱动31与第二转动驱动32朝同一方向旋转，第一转动输出部41和第二转动输出部42将扭矩传导给传动装置43，带动中心轴2旋转，进而带动超声换能器1进行旋转成像，超声换能器1将得到的超声扫描数据通过第一导线组件51传递给外部成像系统；光学成像组件7获取光学成像数据，并将光学成像数据通过第二导线组件52传递给外部成像系统。由此，得到人体腔道A的光学图像和超声图像。

如说明书附图12所示，本发明还提供了一种内窥镜系统，包括成像装置101、外部成像系统102、显示器103和控制单元104，显示器103与外部成像系统102连接，控制单元104与成像装置101连接；控制单元104用于控制光学成像组件7和超声换能器1成像；外部成像系统102用于对光学成像数据和所述超声扫描数据进行实时图像处理，将处理结果发送至显示器103；显示器103用于对光学图像和超声图像进行显示。

由此，本发明提出了一种成像装置及其成像方法、检测探头及内窥镜系统，其中成像装置包括超声换能器、第一转动驱动、第二转动驱动和传动装置，第一转动驱动设置有第一转动输出部，第二转动驱动设置有第二转动输出部，第一转动输出部和第二转动输出部分别与传动装置传动连接，以带动传动装置旋转；传动装置连接超声换能器，使传动装置旋转时带动超声换能器旋转；第一转动输出部和第二转动输出部的转动轴心与传动装置的转动轴心不同轴。本发明稳定可靠，在旋转时不会产生抖动、偏移，从而导致图像失真；本发明的中心轴为中空结构，防止导线在超声换能器旋转过程中遮挡超声换能器，影响超声成像，从而可以兼容其它成像组件；本发明的体积较小，易于进入患者体内，降低患者的不适感。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，除了以上实施例以外，还可以具有不同的变形例，以上实施例的技术特征可以相互组合，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像装置，其特征在于，包括超声换能器、第一转动驱动、第二转动驱动和传动装置，

所述第一转动驱动设置有第一转动输出部，所述第二转动驱动设置有第二转动输出部，所述第一转动输出部和所述第二转动输出部分别与所述传动装置传动连接，以带动所述传动装置旋转；

所述传动装置连接所述超声换能器，使所述传动装置旋转时带动所述超声换能器旋转；

所述第一转动输出部和所述第二转动输出部的转动轴心与所述传动装置的转动轴心不同轴。

2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括光学成像组件、中心轴和旋转连通装置，所述旋转连通装置套设在所述中心轴上；

所述旋转连通装置包括转子和定子，所述超声换能器与所述转子通过第一导线组件相连，所述转子配置为能够与所述超声换能器一起转动，所述转子与所述定子之间通过电磁耦合实现电性连接；

所述中心轴设有中心孔，所述光学成像组件与第二导线组件连接，所述第二导线组件穿过所述中心孔。

3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述超声换能器设置在所述中心轴上，所述传动装置连接所述中心轴以带动所述中心轴旋转，所述超声换能器与所述转子配置为能够随所述中心轴旋转，所述旋转连通装置设置在所述光学成像组件与所述超声换能器之间；

所述定子连接有第三导线组件，所述第三导线组件穿过所述中心孔。

4.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述超声换能器设置在所述中心轴上，所述传动装置连接所述中心轴以带动所述中心轴旋转，所述超声换能器与所述转子配置为能够随所述中心轴旋转，所述超声换能器设置在所述光学成像组件与所述旋转连通装置之间。

5.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述超声换能器、所述传动装置和所述转子安装在一起形成旋转成像组件，所述旋转成像组件绕所述中心轴旋转；

所述定子连接有第三导线组件，所述第三导线组件穿过所述中心孔。

6.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述超声换能器为单阵元圆形聚焦换能器，所述单阵元圆形聚焦换能器包括压电层、匹配层和背衬层，所述匹配层处于在所述压电层的一侧，所述背衬层处于所述压电层的另一侧；

所述单阵元圆形聚焦换能器还包括金属外壳、正极和负极；

所述正极通过所述背衬层从所述压电层引出，所述压电层负极通过所述匹配层与所述金属外壳导通，所述负极从所述金属外壳引出。

7.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述第一转动输出部、所述第二转动输出部和所述传动装置为齿轮。

8.一种检测探头，其特征在于，包括如权利要求2-7任一项所述的成像装置，所述检测探头还包括外壳，所述成像装置设置在所述外壳内；

其中，所述光学成像组件设置在所述外壳前端，所述外壳的前端具有透光部，所述透光部的位置与所述光学成像装置相对应；

所述外壳还设有透声部，所述透声部的位置与所述超声换能器相对应；

所述检测探头还包括线缆，所述线缆连接所述外壳，且伸入所述外壳内部，所述线缆电性连接所述光学成像组件和所述超声换能器。

9.一种如权利要求2-7任一项所述的成像装置的成像方法，其特征在于，所述第一转动驱动与所述第二转动驱动朝同一方向旋转，所述第一转动输出部和所述第二转动输出部将扭矩传导给所述传动装置，带动所述中心轴旋转，进而带动所述超声换能器进行旋转成像，所述超声换能器将得到的超声扫描数据通过所述第一导线组件传递给所述外部成像系统；

所述光学成像组件获取光学成像数据，并将所述光学成像数据通过所述第二导线组件传递给所述外部成像系统。

10.一种内窥镜系统，其特征在于，包括如权利要求2-7任一项所述的成像装置，所述内窥镜系统还包括所述外部成像系统、显示器和控制单元，所述显示器与所述外部成像系统连接，所述控制单元与所述成像装置连接；

所述控制单元用于控制所述光学成像组件和所述超声换能器成像；

所述外部成像系统用于对所述光学成像数据和所述超声扫描数据进行实时图像处理，并将处理结果发送至所述显示器；

所述显示器用于对光学图像和超声图像进行显示。

Images