CN113598710A - 一种光声内窥装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光声内窥装置，涉及内窥镜技术领域，包括：一光纤束，用于传导一激光；一光学探头，连接光纤束，用于将光纤束传导出的激光进行耦合整形并输出；一长棱镜，设置于光学探头的一侧，用于汇聚光学探头输出的经耦合整形的激光并使激光照射于一生物组织上；一声学探头，设置于长棱镜的远离光学探头的一侧且与光学探头的光路共焦，用于接收激光照射于生物组织上产生的超声波，根据超声波得到生物组织对应的分布图像。有益效果是本装置实现了激光从光纤到生物组织中的光束整形，具备较深的检测深度和较大的检测宽度，从而实现较大的覆盖范围，提升了医学内窥检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种光声内窥装置。
背景技术
光声内窥装置是一种应用于医学影像领域的装置，可用于皮下组织、直肠或前列腺，光声内窥装置应用光声内窥这一新型无创医学成像技术，具有高空间分辨率和高对比度，并能实现传统光学成像无法实现的穿透深度，结合了纯光学成像高对比度特性和纯超声成像高穿透深度特性的优点，提升了成像清晰度，从原理上避开了光散射影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”，可实现深层活体内分子成像，目前的光声内窥装置主要是环形扫描，每个点的扫描范围有限，且需要扫描范围较大、扫描深度足够深的光声内窥镜探头，存在一定短板。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种光声内窥装置，包括：
一光纤束，用于传导一激光；
一光学探头，连接所述光纤束，用于将所述光纤束传导出的所述激光进行耦合整形并输出；
一长棱镜，设置于所述光学探头的一侧，用于汇聚所述光学探头输出的经耦合整形的所述激光并使所述激光照射于一生物组织上；
一声学探头，设置于所述长棱镜的远离所述光学探头的一侧且与所述光学探头的光路共焦，用于接收所述激光照射于所述生物组织上产生的超声波，根据所述超声波得到所述生物组织对应的分布图像。
优选的，所述光纤束和所述光学探头穿设在一支架内部，所述支架用于搭载并将所述光纤束、所述光学探头、所述长棱镜和所述声学探头固定于一外壳内。
优选的，所述光纤束包括：
一光纤转接头，用于连接产生所述激光的一激光发射器；
一光纤集束，所述光纤集束的一端连接所述光纤转接头，所述光纤集束的另一端连接所述光学探头，用于传导所述激光；
一光纤套筒，套设于所述光纤集束外部。
优选的，所述光学探头包括：
一第一光学元件，设置于所述光纤集束的远离所述光纤转接头的一端，用于汇聚并准直所述光纤集束传导出的所述激光；
一第二光学元件，设置于所述第一光学元件的远离所述光纤集束的一侧，用于对所述第一光学元件汇聚并准直的所述激光进行偏折；
一第三光学元件，设置于所述第一光学元件和所述第二光学元件的一侧且所述第三光学元件的反射面朝向所述长棱镜，用于将所述第二光学元件偏折的所述激光经由所述反射面反射到所述长棱镜上。
优选的，所述第一光学元件为聚焦准直透镜，所述第二光学元件为直角反射棱镜，所述第三光学元件为具有所述反射面的半圆锥。
优选的，所述反射面的面型为锥面，所述锥面的面型公式如下：
其中，
x表示所述锥面的x坐标；
y表示所述锥面的y坐标；
z表示所述锥面的z坐标；
a、b、c分别表示一参数。
优选的，所述反射面为自由曲面，所述自由曲面的面型公式如下：
其中，
c表示所述自由曲面的表面曲率；
k表示所述自由曲面的圆锥系数；
Z表示所述自由曲面的矢高；
x表示所述自由曲面的x坐标；
y表示所述自由曲面的y坐标；
r表示所述自由曲面的半径；
cj表示多项式xmyn的系数；
m、n分别表示一参数。
优选的，所述反射面采用金刚石单点车的工艺抛光制作而成。
优选的，所述聚焦准直透镜为具有正光焦度的透镜。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本装置实现了激光从光纤到生物组织中的光束整形，具备较深的检测深度和较大的检测宽度，从而实现较大的覆盖范围，提升了医学内窥检测效率。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，本装置的整体结构示意图；
图2为本发明的较佳的实施例中，本装置的内剖图；
图3为本发明的较佳的实施例中，光纤束的局部结构示意图；
图4为本发明的较佳的实施例中，光学探头的局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种光声内窥装置，如图1-4所示，包括：
一光纤束1，用于传导一激光；
一光学探头2，连接光纤束1，用于将光纤束1传导出的激光进行耦合整形并输出；
一长棱镜3，设置于光学探头2的一侧，用于汇聚光学探头2输出的经耦合整形的激光并使激光照射于一生物组织4上；
一声学探头5，设置于长棱镜3的远离光学探头2的一侧且与光学探头2的光路共焦，用于接收激光照射于生物组织4上产生的超声波，根据超声波得到生物组织4对应的分布图像。
具体地，本实施例中，本装置利用脉冲激光照射生物组织4，被照射的生物组织4在光的作用下产生光声信号，也就是超声波，光声信号携带了生物组织4的光吸收特征信息，使用声学探头5测量光声信号，协助重建生物组织4中的光吸收分布，从而得到生物组织4的分布图像。
具体地，本实施例中，声学探头5内含有超声波探测器，外壳为塑料材质的长方体元件，其工作区域可贴合生物组织4的表面且工作区域可为弯曲表面。
具体地，本实施例中，光学探头2射出的激光经长棱镜3照射到生物组织4上，经长棱镜3照射出的激光的光路与生物组织4之间形成光学区域，声学探头5接受到的超声波与生物组织4之间形成声学区域，光学区域与声学区域的重叠部分为声光交叠区域，在声光交叠区域内，通过长棱镜3射出的激光照射到生物组织4表面，产生超声波并由声学探头5接收。
本发明的较佳的实施例中，光纤束1和光学探头2穿设在一支架6内部，支架6用于搭载并将光纤束1、光学探头2、长棱镜3和声学探头5固定于一外壳7内。
具体地，本实施例中，支架6的材质可为铝合金或其他耐热材质，但不建议做阳极氧化处理，以免对光声信号产生干扰。
本发明的较佳的实施例中，光纤束1包括：
一光纤转接头11，用于连接产生激光的一激光发射器；
一光纤集束12，光纤集束12的一端连接光纤转接头11，光纤集束12的另一端连接光学探头2，用于传导激光；
一光纤套筒13，套设于光纤集束12外部。
具体地，本实施例中，激光发射器发射的激光的光谱范围包括但不限于200-2000nm。
具体地，本实施例中，光纤集束12由多根光纤构成且每一根光纤具有较小的数值孔径，有助于提高激光的耦合效率，光纤的数值孔径计算公式如下所示：
NA＝n·sin(α)
其中，
NA表示光纤的数值孔径；
n表示光纤固有的介质折射率；
ɑ表示激光的入射角度。
本发明的较佳的实施例中，光学探头2包括：
一第一光学元件21，设置于光纤集束12的远离光纤转接头11的一端，用于汇聚并准直光纤集束12传导出的激光；
一第二光学元件22，设置于第一光学元件21的远离光纤集束12的一侧，用于对第一光学元件21汇聚并准直的激光进行偏折；
一第三光学元件23，设置于第一光学元件21和第二光学元件22的一侧且第三光学元件23的反射面朝向长棱镜3，用于将第二光学元件22偏折的激光经由反射面反射到长棱镜3上。
本发明的较佳的实施例中，第一光学元件21为聚焦准直透镜，第二光学元件22为直角反射棱镜，第三光学元件23为具有反射面的半圆锥。
具体地，本实施例中，聚焦准直透镜材质可以为石英或玻璃，能够承受较高能量并且具有较低的热变形，用于汇聚光纤集束12射出的大角度的激光，使之以小角度照射到反射棱镜上，直角反射棱镜的反射面与聚焦准直透镜呈45°夹角，使得将激光偏折90°后能够照射到半圆锥上，半圆锥具有抛光反射面，反射面可以为锥面或自由曲面，通过该反射面将激光反射到长棱镜3上。
具体地，本实施例中，长棱镜3为玻璃或石英材质，可与声学探头5并排放置，作为整个光声内窥装置的出光口，用于汇聚半圆锥反射的激光，实现较集中的光束照射区域，实现更高的光能效。
本发明的较佳的实施例中，反射面的面型为锥面，锥面的面型公式如下：
其中，
x表示锥面的x坐标；
y表示锥面的y坐标；
z表示锥面的z坐标；
a、b、c分别表示一参数。
本发明的较佳的实施例中，反射面为自由曲面，所述自由曲面的面型公式如下：
其中，
c表示自由曲面的表面曲率；
k表示自由曲面的圆锥系数；
Z表示自由曲面的矢高；
x表示自由曲面的x坐标；
y表示自由曲面的y坐标；
r表示自由曲面的半径；
cj表示多项式xmyn的系数；
m、n分别表示一参数。
本发明的较佳的实施例中，反射面采用金刚石单点车的工艺抛光制作而成。
具体地，本实施例中，半圆锥的反射面采用金刚石单点车的工艺抛光，以作为具有较高反射率的反光面。
本发明的较佳的实施例中，聚焦准直透镜为具有正光焦度的透镜。
具体地，本实施例中，聚焦准直透镜具有正光焦度，以提高激光偏折能力，将接收到的激光照射到更大面积的生物组织4上。
本发明的较佳的实施例中，本装置可实现5mm-30mm的理论探测深度，探测深度表示声学探头5的顶点到生物组织4的距离，在此范围中，整个光路结构最大理论效率不低于30％，声学探头5接收到光声信号的强弱取决于激光光源的能量大小，在不同探测深度下，对应的扫描范围如下：
探测深度5mm，对应探测区域长度50mm、探测区域宽度9mm；
探测深度10mm，对应探测区域长度65mm、探测区域宽度10mm；
探测深度15mm，对应探测区域长度80mm、探测区域宽度12mm；
探测深度20mm，对应探测区域长度90mm、探测区域宽度13mm；
探测深度25mm，对应探测区域长度100mm、探测区域宽度14mm；
探测深度30mm，对应探测区域长度110mm、探测区域宽度15mm。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种光声内窥装置，其特征在于，包括:
一光纤束，用于传导一激光；
一光学探头，连接所述光纤束，用于将所述光纤束传导出的所述激光进行耦合整形并输出；
一长棱镜，设置于所述光学探头的一侧，用于汇聚所述光学探头输出的经耦合整形的所述激光并使所述激光照射于一生物组织上；
一声学探头，设置于所述长棱镜的远离所述光学探头的一侧且与所述光学探头的光路共焦，用于接收所述激光照射于所述生物组织上产生的超声波，根据所述超声波得到所述生物组织对应的分布图像。
2.根据权利要求1所述的光声内窥装置，其特征在于，所述光纤束和所述光学探头穿设在一支架内部，所述支架用于搭载并将所述光纤束、所述光学探头、所述长棱镜和所述声学探头固定于一外壳内。
3.根据权利要求1所述的光声内窥装置，其特征在于，所述光纤束包括：
一光纤转接头，用于连接产生所述激光的一激光发射器；
一光纤集束，所述光纤集束的一端连接所述光纤转接头，所述光纤集束的另一端连接所述光学探头，用于传导所述激光；
一光纤套筒，套设于所述光纤集束外部。
4.根据权利要求3所述的光声内窥装置，其特征在于，所述光学探头包括：
一第一光学元件，设置于所述光纤集束的远离所述光纤转接头的一端，用于汇聚并准直所述光纤集束传导出的所述激光；
一第二光学元件，设置于所述第一光学元件的远离所述光纤集束的一侧，用于对所述第一光学元件汇聚并准直的所述激光进行偏折；
一第三光学元件，设置于所述第一光学元件和所述第二光学元件的一侧且所述第三光学元件的反射面朝向所述长棱镜，用于将所述第二光学元件偏折的所述激光经由所述反射面反射到所述长棱镜上。
5.根据权利要求4所述的光声内窥装置，其特征在于，所述第一光学元件为聚焦准直透镜，所述第二光学元件为直角反射棱镜，所述第三光学元件为具有所述反射面的半圆锥。
6.根据权利要求5所述的光声内窥装置，其特征在于，所述反射面的面型为锥面，所述锥面的面型公式如下：
其中，
x表示所述锥面的x坐标；
y表示所述锥面的y坐标；
z表示所述锥面的z坐标；
a、b、c分别表示一参数。
7.根据权利要求5所述的光声内窥装置，其特征在于，所述反射面为自由曲面，所述自由曲面的面型公式如下：
其中，
c表示所述自由曲面的表面曲率；
k表示所述自由曲面的圆锥系数；
Z表示所述自由曲面的矢高；
x表示所述自由曲面的x坐标；
y表示所述自由曲面的y坐标；
r表示所述自由曲面的半径；
cj表示多项式xmyn的系数；
m、n分别表示一参数。
8.根据权利要求5所述的光声内窥装置，其特征在于，所述反射面采用金刚石单点车的工艺抛光制作而成。
9.根据权利要求5所述的光声内窥装置，其特征在于，所述聚焦准直透镜为具有正光焦度的透镜。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114236672A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 深圳市光脉电子有限公司 | 一种光纤、光纤的制备方法及激光探测系统 |
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2021
- 2021-08-11 CN CN202110916694.3A patent/CN113598710A/zh active Pending
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