CN114403785A - 一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 - Google Patents
一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114403785A CN114403785A CN202111573586.7A CN202111573586A CN114403785A CN 114403785 A CN114403785 A CN 114403785A CN 202111573586 A CN202111573586 A CN 202111573586A CN 114403785 A CN114403785 A CN 114403785A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- white light
- photoacoustic
- laser
- optical path
- imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
- A61B1/07—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
- A61B5/0035—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for acquisition of images from more than one imaging mode, e.g. combining MRI and optical tomography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
- A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
- G02B23/2407—Optical details
- G02B23/2461—Illumination
- G02B23/2469—Illumination using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
- G02B23/2476—Non-optical details, e.g. housings, mountings, supports
- G02B23/2484—Arrangements in relation to a camera or imaging device
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法,装置包括手持内窥镜探头、激光/光学照明系统、控制与数据采集重建系统;所述手持内窥镜探头包括光声‑白光光路复用组件、激光耦合扫描组件以及光声白光探测组件;所述激光耦合扫描组件实现激光的聚焦及扫描,光声‑白光光路复用组件产生光声信号和白光反射信号;所述光声信号被光声探测组件接收,白光发射信号被白光探测组件接收。本发明专利光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像,因此,本发明可同时获取表层光反射信息的光学成像和深层光吸收信息的光声成像,实现白光引导‑光声显微的双模态共视场成像探测。
Description
技术领域
本发明属于内窥镜无损检测技术领域,特别涉及一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法。
背景技术
白光成像技术是通过白光照明后,通过摄像单元接收白光图像,是一种对成像区域的表面成像的成像技术;白光硬内窥镜是目前广泛应用于工业探伤、医学影像等领域的常规器械,但由于基本原理是利用反射信号获取检测图像,受介质散射影响大,只能对成像区域浅表面成像。
光声成像技术是指当脉冲激光照射到生物的组织中时,组织中的光吸收区域将产生超声信号,这种由光激发产生的超声信号称为光声信号。生物组织中的光吸收介质快速升温膨胀产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息,通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像既具有纯光学组织成像中的高特异性,也具有超声成像中的深穿透特性的优点,它反映的是吸收体的光吸收差异;基于光声成像研制的光声内窥镜,对组织的穿透深度可达数毫米。
近年来,已经有国内外很多团队提出了许多光声内窥镜的方案,专利号201210186582.8提出了一种前视光声内窥镜,主要用于针对目标组织端面进行内窥成像,但是由于探头内部包含压电扫描装置,无法实现微型化设计,而且压电扫描装置工作引起的震动会形成较大的噪声,不利于成像;申请号201711122120.9提出了一种基于MEMS镜的光声内窥显微成像装置及其成像方法,该内窥镜为获得足够的成像范围必须得缩短工作距离或者扩大内窥镜直径,难以实现对人体内脏器官或较隐蔽的区域的扫描成像;同时这是一种单一模式的成像方法,在光声内窥镜的应用场景中,该种内窥镜存在无法实时观察到腔体中激光与成像区域之间的位置关系,激光难以准确照射到目标成像区域的问题;专利号201310739425.X中提出了一种直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜及其成像方法,该方案将光学摄像头装备在直径12mm的套管中,尺寸大,同时该方案无法光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像,仍然难以准确定位成像区域;同时也存在激光焦点与成像区域之间的关系难以确定,从而导致分辨率降低的问题。
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,提供一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置及成像方法,首次将光声-白光复用光路应用于光声内窥领域,实现了光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像,解决了现有光声内窥探头尺寸大,工作距离短,光声成像无辅助定位的问题。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明一方面提供了一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,包括控制及数据采集重建系统、激光/光学照明系统以及手持内窥镜探头;所述手持内窥镜探头包括探头外壳、光声-白光光路复用组件、激光耦合扫描组件以及光声白光探测组件;
所述控制及数据采集重建系统控制激光/光学照明系统出射激光与白光耦合进入所述手持内窥镜探头;所述激光耦合扫描组件实现激光的聚焦及扫描;所述光声-白光光路复用组件中的中继透镜组等比例传输扫描激光到成像区域产生光声信号,光声-白光光路复用组件中的照明光纤同时照射同一成像区域产生白光反射信号;产生的光声信号被光声白光探测组件接收,而白光发射信号被光声白光探测组件接收,最终通过控制及数据采集重建系统实现数据重建与存储,完成双模态共视场成像;
所述控制及数据采集重建系统包括计算机、FPGA和采集卡,所述计算机通过同轴线先与FPGA连接,用以实现控制FPGA开关,并通过计算机主板标准接口接入采集卡;所述FPGA通过控制信号线与手持内窥镜探头中激光耦合扫描组件、激光/光学照明系统、采集卡连接,用以实现同步控制激光耦合扫描组件中的振镜开始扫描,激光/光学照明系统中脉冲激光器出射脉冲激光与白光光源出射白光,采集卡同步开始采集;
所述激光/光学照明系统包括脉冲激光器、白光光源、光纤耦合器、激光光纤和导光束;所述激光光纤一端通过标准光纤接头与光纤耦合器连接,光纤耦合器将激光器出射空间光耦合进入光纤,激光光纤另一端通过光纤接口接入内窥镜探头;导光束一端通过标准导光束接口与白光光源耦合器连接,另一端通过导光束接入内窥镜探头。
作为优选的技术方案,所述手持内窥镜探头中探头外壳设有光纤接口、导光束接口和摄像装置接口;所述光纤接口用于固定光纤,光纤另一端接入激光/光学照明系统,用以传输脉冲激光;所述导光束接口用于固定导光束,导光束的另一端接入激光/光学照明系统,用以传输照明白光;所述摄像装置接口用于固定光声/白光探测组件中的白光图像接收装置。
作为优选的技术方案,所述激光耦合扫描组件设置在光纤接口后端,通过信号线控制及数据采集重建系统相连,用于对光纤出射激光进行整形聚焦并带动扫描;其后设置光声/白光光路复用组件,所述光声/白光光路复用组件末端设有光声/白光探测组件中的光声信号接收装置,用于接收样品受脉冲激光激发所产生的光声信号。
作为优选的技术方案,所述内窥镜探头中的激光耦合扫描组件包括激光聚焦光路、反射镜和振镜,所述激光聚焦光路设置于所述光纤接口后,在激光聚焦光路之后固定反射镜与振镜,三者互相配合实现激光在所述光声-白光复用光路前的平面二维扫描;其中,光声扫描激光焦平面与白光焦平面在复用光路前重合。
作为优选的技术方案,所述内窥镜探头中的光声/白光光路复用组件包括光声-白光复用光路与照明光纤,所述光声-白光复用光路包括分光镜与光路中继系统,其中分光镜固定在所述激光扫描光路后端,用于反射激光与透过白光;在分光镜后端固定光路中继系统,光路中继系统由一个或多个传光组组成,传光组由两个相同的棒状透镜对称组合;所述照明光纤包裹在光路中继系统四周,用以传输从导光束接口耦合进入内窥镜的照明白光到成像区域;所述光声-白光复用光路用于同时实现在光声成像中等比例传输扫描激光及在白光成像中等比例传输白光图像,光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像。
作为优选的技术方案,所述棒状透镜由两个负透镜和一个双凸透镜组成。
作为优选的技术方案,所述棒状透镜为长工作距离的格林透镜。
作为优选的技术方案,所述内窥镜探头中的光声/白光探测组件包括白光图像接收装置与光声信号接受装置;其中白光图像接收装置包括摄影单元与目镜组;所述摄像单元固定于摄像装置接口上,所述目镜组设置于光声-白光复用光路中的分光镜与摄像单元之间。
作为优选的技术方案,所述目镜组包括双平凸透镜,用于聚焦白光,所述光声信号接收装置包括透光反声片和超声换能器,透光反声片用于反射激光激发的光声信号,其主频为2~50MHz。
本发明另一方面提供了一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的成像方法,包括下述步骤:
计算机控制FPGA工作,FPGA控制白光光源出射白光耦合进入手持内窥镜探头,白光经过照明光纤传输到探头前端对成像区域进行照明,白光被成像区域反射后,通过光声-白光光路复用组件传输到白光图像接收装置被采集,所采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现实时白光成像;
白光成像时,FPGA驱动脉冲激光器系统出射激光,激光经过光路整形后由光纤耦合器引入光纤,激光从光纤出射后,通过激光聚焦光路聚焦,并被反射镜反射到振镜上,控制及数据采集重建系统控制振镜偏转,带动聚集激光在复用光路前扫描,光声-白光光路复用组件将扫描激光等比例传输到目标区域并激发光声信号,目标区域深层受激发产生的光声信号被透光反声片反射,抵达超声换能器工作面后被采集,采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现光声成像;
双模态成像结束后,计算机将存储的光声图像信息及白光图像信息原始数据及重建的图像。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明利用白光成像引导光声成像,实现了同时在光声成像中等比例传输扫描激光及在白光成像中等比例传输白光图像,光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像;解决了光声内窥镜的应用场景中,内窥镜存在无法实时观察到腔体中激光与成像区域之间的位置关系,激光难以准确照射到目标成像区域的问题;
2、本发明探头工作光声-白光复用光路应用于光声内窥领域,可将工作距离延长(大于20cm),首次将复用光路探头直径缩小,极大的扩大了光声内窥镜的应用场景,可使光声内窥镜实现对人体内脏器官和或较隐蔽的区域的扫描成像。
3、本发明探头所成图像包括相同位置的光声图像、白光图像、光声-白光重合图像,同时也包括成像区域在深度方向上的三维图像,可广泛应用于工业探伤、医学影像等领域。
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为实施例的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置示意图;
图2为实施例的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的内窥镜探头结构示意图;
图3为实施例的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的内窥镜探头光路示意图;
图4为实施例的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的内窥镜探头光声-白光共视场白光成像图;
图5为实施例的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的内窥镜探头光声-白光共视场光声成像图。
附图标号说明:1-控制及数据采集重建系统;2-激光/光学照明系统;3-手持内窥镜探头;4-光声-白光光路复用组件;5-激光耦合扫描组件;6-光声-白光探测组件;7-激光光纤;8-照明光纤;9-光纤接口;10-导光束接口;11-摄像装置接口;12-激光聚焦光路;13-反射镜;14-MEMS振镜;15-分光镜;16-棒状透镜;17-摄像单元;18-目镜组;19-反声玻璃片;20-超声换能器;21-探头外壳。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域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,都属于本申请保护的范围。
如图1所示,本实施例提供的一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置,包括控制及数据采集重建系统1、激光/光学照明系统2和手持内窥镜探头3,所述控制及数据采集重建系统1分别与激光/光学照明系统2和手持内窥镜探头3连接,所述激光/光学照明系统2还与手持内窥镜探头3连接;所述控制及数据采集重建系统1控制激光/光学照明系统2出射激光与白光耦合进入所述手持内窥镜探头3;所述激光耦合扫描组件5实现激光的聚焦及扫描;所述光声-白光光路复用组件4中的中继透镜组等比例传输扫描激光到成像区域产生光声信号,所述光路复用组件中的照明光纤8同时照射同一成像区域产生白光反射信号;产生的光声信号被光声探测组件接收,而白光发射信号被白光探测组件接收,最终通过控制及数据采集重建系统1实现数据重建与存储,完成双模态共视场成像。
在本实施例的技术方案中,光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像,因此,本发明可同时获取表层光反射信息的光学成像和深层光吸收信息的光声成像,实现白光引导-光声显微的双模态共视场成像探测,可应用于工业探伤、医学影像等领域。
进一步的,所述控制及数据采集重建系统1包括计算机、FPGA和采集卡,所述计算机通过同轴线先与FPGA连接,用以实现控制FPGA开关;并且,所述计算机通过计算机主板标准接口接入采集卡;所述FPGA通过控制信号线与手持内窥镜探头3中激光耦合扫描组件5、激光/光学照明系统2、采集卡连接,用以实现同步控制激光耦合扫描组件中的MEMS振镜14开始扫描,激光/光学照明系统2中脉冲激光器出射脉冲激光与白光光源出射白光,采集卡同步开始采集。
更进一步的,本实施例中只使用一片FPGA就可以实现本发明的功能,缩小了装置的体积,降低装置成本的同时提供了稳定性。当需要进行升级时,只需要修改FPGA中的程序即可实现。本实施例中的FPGA作为控制器,主要是完成对数据的采集、缓存以及滤波等处理,在采集到的光声数据中,不可避免地会带有随机噪声以及采集带宽以外的信号,因此对采集到的信号进行滤波是有必要的。滤波器的实质是对采集到的序列进行乘累加运算,对于加法运算FPGA可以达到实时运算,而且目前大部分的FPGA内部都带有专用乘法器,对于乘法运算也能够达到实时成像的目的。因此,在FPGA内部实现滤波器是非常方便且快速的。这样就不必要在电脑上再对光声数据进行滤波,而电脑上的软件运算都是顺序执行的,相对于FPGA来说是比较慢的,因此,在FPGA.上对光声信号滤波将大大缩短成像时间。
进一步的,所述激光/光学照明系统2包括532nm波长脉冲激光器、白光光源、光纤耦合器、激光光纤7和导光束;所述激光光纤采用4μm单模光纤,所述4μm单模光纤一端通过标准光纤接头与光纤耦合器连接,光纤耦合器将激光器出射的532nm波长脉冲光耦合进入4μm单模光纤,4μm单模光纤另一端通过光纤接口9接入内窥镜探头;导光束一端通过标准导光束接口10与白光光源耦合器连接,另一端通过导光束接入内窥镜探头。
如图2、3所示,所述手持内窥镜探头3包括探头外壳21、激光耦合扫描组件、光声/白光光路复用组件和光声/白光探测组件6;其中探头外壳21设有光纤接口9、导光束接口10和摄像机接口11;所述光纤接口9用于固定光纤,光纤另一端接入激光/光学照明系统2,用以传输脉冲激光;导光束接口10用于固定导光束,导光束的另一端接入激光/光学照明系统2,用以传输照明白光;摄像装置接口为光学C型接口用于固定光声/白光探测组件6中的白光图像接收装置;光声耦合扫描设置在光纤接口9后端,通过信号线控制及数据采集重建系统1相连,用于对光纤出射激光进行整形聚焦并带动扫描;其后设置光声/白光光路复用组件,在该组件末端设有光声/白光探测组件6中的光声信号接收装置用于接收样品受脉冲激光激发所产生的光声信号。
进一步的,所述内窥镜探头中的激光耦合扫描组件包括激光聚焦光路12、反射镜13、MEMS振镜14,其中所述激光聚焦光路12设置于所述光纤接口9后,在激光聚焦光路12之后固定反射镜13与MEMS振镜14,三者互相配合实现激光在所述光声-白光复用光路前的平面二维扫描。其中,光声扫描激光焦平面与白光焦平面在复用光路前重合。
进一步的,所述内窥镜探头中的光声/白光光路复用组件包括光声-白光复用光路与照明光纤8,其中光声-白光复用光路包括50:50的分光镜15与光路中继系统,其中分光镜15固定在所述激光扫描光路后端,用于反射激光与透过白光;在分光镜15后端固定光路中继系统,光路中继系统由一个或多个传光组组成,传光组由两个相同的棒状透镜16对称组合;所述棒状透镜16由两个负透镜和一个双凸透镜组成或者为长工作距离的格林透镜,其直径为2.8mm,长度为24mm;所述照明光纤8包裹在光路中继系统四周,用以传输从导光束接口10耦合进入内窥镜的照明白光到成像区域;所述光声-白光复用光路用于同时实现在光声成像中等比例传输扫描激光及在白光成像中等比例传输白光图像,光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像;
进一步的,所述内窥镜探头中的光声/白光探测组件6包括白光图像接收装置与光声信号接受装置;其中白光图像接收装置包括摄像单元17与目镜组18;摄像单元17固定于摄像装置接口上,目镜组18设置于光声-白光复用光路中的分光镜15与摄像单元17之间;所述目镜组18包括双平凸透镜用于聚焦白光,所述光声信号接收装置包括透光反声玻璃片19和超声换能器20,透光反声片用于反射激光激发的光声信号,其主频为30MHz;
本申请的另一个实施例中还公开了一种光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的成像方法,利用该方法光声-白光共视场同时成像,包括白光成像,光声共视场激发成像,双模光声-白光数据三维重建与显示,具体方法为:
(1)计算机控制FPGA工作,FPGA控制白光光源出射白光耦合进入手持内窥镜探头3,白光经过照明光纤8传输到探头前端对成像区域进行照明,白光被成像区域反射后,通过光声-白光复用光路传输到白光图像接收装置被采集,所采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现实时白光成像,如图4所示;
(2)白光成像时,FPGA驱动脉冲激光器系统出射激光,激光经过光路整形后由光纤耦合器引入光纤,激光从光纤出射后,通过激光聚焦光路12聚焦,并被反射镜13反射到MEMS振镜14上,控制及数据采集重建系统1控制MEMS振镜14偏转,带动聚集激光在复用光路前扫描,复用光路将扫描激光等比例传输到目标区域并激发光声信号,目标区域深层受激发产生的光声信号被透光反声片反射,抵达超声换能器20工作面后被采集,采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现光声成像;
(3)双模态成像结束后,计算机将存储的光声图像信息及白光图像信息原始数据及重建的图像,如图5所示。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,包括控制及数据采集重建系统、激光/光学照明系统以及手持内窥镜探头;所述手持内窥镜探头包括探头外壳、光声-白光光路复用组件、激光耦合扫描组件以及光声白光探测组件;
所述控制及数据采集重建系统控制激光/光学照明系统出射激光与白光耦合进入所述手持内窥镜探头;所述激光耦合扫描组件实现激光的聚焦及扫描;所述光声-白光光路复用组件中的中继透镜组等比例传输扫描激光到成像区域产生光声信号,光声-白光光路复用组件中的照明光纤同时照射同一成像区域产生白光反射信号;产生的光声信号被光声白光探测组件接收,而白光发射信号被光声白光探测组件接收,最终通过控制及数据采集重建系统实现数据重建与存储,完成双模态共视场成像;
所述控制及数据采集重建系统包括计算机、FPGA和采集卡,所述计算机通过同轴线先与FPGA连接,用以实现控制FPGA开关,并通过计算机主板标准接口接入采集卡;所述FPGA通过控制信号线与手持内窥镜探头中激光耦合扫描组件、激光/光学照明系统、采集卡连接,用以实现同步控制激光耦合扫描组件中的振镜开始扫描,激光/光学照明系统中脉冲激光器出射脉冲激光与白光光源出射白光,采集卡同步开始采集;
所述激光/光学照明系统包括脉冲激光器、白光光源、光纤耦合器、激光光纤和导光束;所述激光光纤一端通过标准光纤接头与光纤耦合器连接,光纤耦合器将激光器出射空间光耦合进入光纤,激光光纤另一端通过光纤接口接入内窥镜探头;导光束一端通过标准导光束接口与白光光源耦合器连接,另一端通过导光束接入内窥镜探头。
2.根据权利要求1所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述手持内窥镜探头中探头外壳设有光纤接口、导光束接口和摄像装置接口;所述光纤接口用于固定光纤,光纤另一端接入激光/光学照明系统,用以传输脉冲激光;所述导光束接口用于固定导光束,导光束的另一端接入激光/光学照明系统,用以传输照明白光;所述摄像装置接口用于固定光声/白光探测组件中的白光图像接收装置。
3.根据权利要求2所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述激光耦合扫描组件设置在光纤接口后端,通过信号线控制及数据采集重建系统相连,用于对光纤出射激光进行整形聚焦并带动扫描;其后设置光声/白光光路复用组件,所述光声/白光光路复用组件末端设有光声/白光探测组件中的光声信号接收装置,用于接收样品受脉冲激光激发所产生的光声信号。
4.根据权利要求2所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述内窥镜探头中的激光耦合扫描组件包括激光聚焦光路、反射镜和振镜,所述激光聚焦光路设置于所述光纤接口后,在激光聚焦光路之后固定反射镜与振镜,三者互相配合实现激光在所述光声-白光复用光路前的平面二维扫描;其中,光声扫描激光焦平面与白光焦平面在复用光路前重合。
5.根据权利要求1所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述内窥镜探头中的光声/白光光路复用组件包括光声-白光复用光路与照明光纤,所述光声-白光复用光路包括分光镜与光路中继系统,其中分光镜固定在所述激光扫描光路后端,用于反射激光与透过白光;在分光镜后端固定光路中继系统,光路中继系统由一个或多个传光组组成,传光组由两个相同的棒状透镜对称组合;所述照明光纤包裹在光路中继系统四周,用以传输从导光束接口耦合进入内窥镜的照明白光到成像区域;所述光声-白光复用光路用于同时实现在光声成像中等比例传输扫描激光及在白光成像中等比例传输白光图像,光声激发光路与白光成像光路共用同一路径,从而光声成像与白光成像实现成像中心重合的共视场成像。
6.根据权利要求5所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述棒状透镜由两个负透镜和一个双凸透镜组成。
7.根据权利要求5所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述棒状透镜为长工作距离的格林透镜。
8.根据权利要求1所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述内窥镜探头中的光声/白光探测组件包括白光图像接收装置与光声信号接受装置;其中白光图像接收装置包括摄影单元与目镜组;所述摄像单元固定于摄像装置接口上,所述目镜组设置于光声-白光复用光路中的分光镜与摄像单元之间。
9.根据权利要求1所述光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置,其特征在于,所述目镜组包括双平凸透镜,用于聚焦白光,所述光声信号接收装置包括透光反声片和超声换能器,透光反声片用于反射激光激发的光声信号,其主频为2~50MHz。
10.一种基于权利要求1-9中任一项光路复用的光声-白光共视场内窥镜装置的成像方法,其特征在于,包括下述步骤:
计算机控制FPGA工作,FPGA控制白光光源出射白光耦合进入手持内窥镜探头,白光经过照明光纤传输到探头前端对成像区域进行照明,白光被成像区域反射后,通过光声-白光光路复用组件传输到白光图像接收装置被采集,所采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现实时白光成像;
白光成像时,FPGA驱动脉冲激光器系统出射激光,激光经过光路整形后由光纤耦合器引入光纤,激光从光纤出射后,通过激光聚焦光路聚焦,并被反射镜反射到振镜上,控制及数据采集重建系统控制振镜偏转,带动聚集激光在复用光路前扫描,光声-白光光路复用组件将扫描激光等比例传输到目标区域并激发光声信号,目标区域深层受激发产生的光声信号被透光反声片反射,抵达超声换能器工作面后被采集,采集信号经过模数转换后传入计算机,计算机实现重建并显示在显示器上,实现光声成像;
双模态成像结束后,计算机将存储的光声图像信息及白光图像信息原始数据及重建的图像。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111573586.7A CN114403785A (zh) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | 一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111573586.7A CN114403785A (zh) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | 一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114403785A true CN114403785A (zh) | 2022-04-29 |
Family
ID=81267253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111573586.7A Pending CN114403785A (zh) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | 一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114403785A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115568820A (zh) * | 2022-09-05 | 2023-01-06 | 暨南大学 | 一种基于远端扫描的全光纤光声内窥成像装置及系统 |
CN116158720A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-26 | 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 | 光学-光声-超声复合内窥镜和内窥镜系统 |
-
2021
- 2021-12-21 CN CN202111573586.7A patent/CN114403785A/zh active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115568820A (zh) * | 2022-09-05 | 2023-01-06 | 暨南大学 | 一种基于远端扫描的全光纤光声内窥成像装置及系统 |
CN116158720A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-26 | 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 | 光学-光声-超声复合内窥镜和内窥镜系统 |
CN116158720B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-11-21 | 深圳开立生物医疗科技股份有限公司 | 光学-光声-超声复合内窥镜和内窥镜系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101485558B (zh) | 一种单光纤多光子荧光扫描内窥镜 | |
CN109620162B (zh) | 一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置及成像方法 | |
CN114403785A (zh) | 一种光路复用的光声—白光共视场内窥镜装置及成像方法 | |
JP4494127B2 (ja) | 断層画像観察装置、内視鏡装置、及び、それらに用いるプローブ | |
CN105877711B (zh) | 一种皮肤疾病多模态成像检测系统 | |
CN108717045A (zh) | 一种超声、光声和荧光三模态成像系统 | |
CN103690141A (zh) | 直肠内光学、光声、超声多模成像内窥镜及其成像方法 | |
JP2007029603A (ja) | 光診断治療装置 | |
CN103462645B (zh) | 前视光声内窥镜 | |
JP2001074946A (ja) | ファイババンドル及び内視鏡装置 | |
CN204306791U (zh) | 一种内窥成像探头 | |
CN113397481B (zh) | 基于光纤扫描的光声-oct双模态内窥成像系统及方法 | |
CN105662476B (zh) | 全视角内窥光声/超声探头 | |
CN104257342A (zh) | 一种内窥成像探头及利用上述成像探头进行的成像方法 | |
CN101268953A (zh) | 医疗器具 | |
US20160143542A1 (en) | Minimally Invasive Optical Photoacoustic Endoscopy with a Single Waveguide for Light and Sound | |
CN111948297A (zh) | 一种光声超声双模式高分辨显微成像系统及方法 | |
CN105662477A (zh) | 手持式全视角内窥光声/超声探头 | |
CN109077698B (zh) | 一种可变向的前置扫描光声显微腹腔镜 | |
CN107966424A (zh) | 一种基于反望远系统和自由曲面反射的侧向成像方法及装置 | |
CN111134591B (zh) | 一种光声显微成像笔及成像方法 | |
CN106691391B (zh) | 一种用于前列腺的侧向扫描光声成像方法及装置 | |
JP2011062348A (ja) | 内視鏡システム | |
CN111387947A (zh) | 多模态显微内窥成像装置及方法 | |
CN115568820A (zh) | 一种基于远端扫描的全光纤光声内窥成像装置及系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |