CN115177293A - 一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域，公开了一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，包括外壳体，外壳体的一端侧壁上设置有内凹弧形超声阵列模组，外壳体的内部插设有多模切角光纤，且多模切角光纤从内凹弧形超声阵列模组的两侧伸出，外壳体的前端设置有CCD相机，CCD相机自带LED灯柱，外壳体的内部设置有相机信号传输线，且相机信号传输线与CCD相机之间电性连接，外壳体的内部设置有超声阵列模组信号传输线，且超声阵列模组信号传输线与内凹弧形超声阵列模组之间电性连接，外壳体的直径为12mm，长度为60mm，外壳体外接操作手柄，该装置相比于传统的内窥探头，尺寸大大缩小，较为轻巧，便于使用，激光可直接在多模切角光纤顶端被反射，侧向照射病灶部位，无需光反射镜。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头。
背景技术
光声成像（Photoacoustic Imaging，PAI）是一种基于光声效应的生物医学成像技术。当脉冲激光照射到生物组织时，组织体吸收光能量，瞬时升温并膨胀，产生超声波，超声探测器接收到超声波，就可以根据光声信号来重建组织内光能量吸收分布的图像，光声成像结合了光学成像对比度高以及声学成像穿透力强的特点，不仅分辨率高，还能定量分析组织生理参数变化，从而实现功能成像。
近年来，用于内部组织成像的光声内窥成像（Photoacoustic Endoscopy，PAE）技术发展迅速，已经逐渐应用于血管内窥成像、直肠内窥成像等各种在体实验中。光声内窥根据其聚焦方式，可以分为光聚焦光声内窥（Optical Resolution-based PhotoacousticEndoscopy, OR-PAE）和声聚焦光声内窥（Acoustic Resolution-based PhotoacousticEndoscopy, AR-PAE）。OR-PAE使用高度聚焦的激光束对组织进行照明，分辨率高，但由于光的散射性，成像深度有限。与OR-PAE不同，AR-PAE仅需超声换能器聚焦，因此穿透深度高，不仅如此，开发多种模态的成像功能也是十分必要的，声成像以其特性能够与多种成像模式结合。由于超声成像中，超声的接收和发出均只需使用超声探头即可实现，因此，目前常用的模式是光声/超声双模态的成像，此外，光声内窥探头中也能加入小尺寸的CCD相机即可将白光成像结合至内窥探头中。光声/超声双模态成像中，光声提供了高对比度、高分辨率的信息，更有利于对生物组织进行分辨和比对，特别是在对肿瘤的成像中，能够提供良好的肿瘤边界信息。
光声内窥探头的常用设计主要是利用45°反射镜反射激光和超声信号，实现探头的侧向扫描，同时，旋转电机的加入使得探头可以旋转，实现不同角度的扫描，考虑到超声阵列的体积庞大，目前的光声内窥探头依然使用单换能器采集超声信号，然而，探头内部旋转电机的存在会增加探头的无效刚性部分的长度，置于外部的电机需要保持系统平台的稳定；单换能器采集信号的速度也小于阵列采集速度，尽管已有使用超声阵列进行光声内窥成像的系统被提出且应用于人体实验，但内窥探头的体积依然庞大，上述种种局限都限制了光声内窥成像在临床方面的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，以解决上述背景技术中提出的内窥探头的体积依然庞大的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，包括外壳体，所述外壳体的一端侧壁上设置有内凹弧形超声阵列模组，所述外壳体的内部插设有多模切角光纤，且所述多模切角光纤从所述内凹弧形超声阵列模组的两侧伸出，所述外壳体的前端设置有CCD相机，所述外壳体的内部下方设置有进水口与排气孔。
优选的，所述进水口与所述排气孔在所述内凹弧形超声阵列模组的下方左右对称。
优选的，所述CCD相机自带LED灯柱。
优选的，所述外壳体的内部设置有相机信号传输线，且所述相机信号传输线与所述CCD相机之间电性连接。
优选的，所述外壳体的内部设置有超声阵列模组信号传输线，且所述超声阵列模组信号传输线与所述内凹弧形超声阵列模组之间电性连接。
优选的，所述外壳体的直径为12mm，长度为60mm。
优选的，所述内凹弧形超声阵列模组的阵列单元为96个，单元尺寸为4×0.175mm，单元中心间隔为 0.2 mm，中心频率为 12MHz，弧形阵列聚焦半径为 10mm，其侧向使用声透镜实现聚焦，焦距为10 mm，阵列边界相对于探头外壁内缩.2.7mm，声学焦点位于探头外壁3 mm处。
优选的，所述外壳体外接操作手柄，用以实现任意方向、任意位置的扫描成像。
本发明的技术效果和优点：
该装置相比于传统的内窥探头，尺寸大大缩小，较为轻巧，便于使用，激光可直接在多模切角光纤顶端被反射，侧向照射病灶部位，无需光反射镜，结构合理得到了优化，使用效果较好，内凹弧形超声阵列模组相较于单个超声探头成像速度更快，分辨率更高。
附图说明
图1为本发明整体结构的剖视图。
图2为本发明整体结构的前视图。
图3为本发明内凹弧形超声阵列模组对不同位置的点目标的仿真重建结果图。
图4为本发明内凹弧形超声阵列模组在不同深度下的横向分辨率曲线图。
图5为本发明外观结构的示意图。
图中：1、外壳体；2、CCD相机；3、内凹弧形超声阵列模组；4、多模切角光纤；5、相机信号传输线；6、超声阵列模组信号传输线；7、进水口；8、排气孔。
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。
本发明提供了如图1-5所示的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，包括外壳体1，外壳体1为软管，因此便于进入结肠，外壳体1的直径为12mm，长度为60mm，相比于传统内窥探头，尺寸大大缩小，外壳体1的一端侧壁上设置有内凹弧形超声阵列模组3，外壳体1的内部插设有多模切角光纤4，以提供足够强的激光能量，且多模切角光纤4从内凹弧形超声阵列模组3的两侧伸出，多模切角光纤4的直径为1.5mm，这样使得激光可直接在多模切角光纤4顶端被反射，侧向照射病灶部位，无需光反射镜；
外壳体1的内部设置有超声阵列模组信号传输线6，且超声阵列模组信号传输线6与内凹弧形超声阵列模组3之间电性连接，外壳体1的前端设置有CCD相机2，其直径为2mm,CCD相机2自带LED灯柱，提供前视白光，CCD相机2接收光信号，并将其转化为电信号，使用注射器将水注射入结直肠中，光声成像中使用的激光经过耦合平台进入多模切角光纤4，多模切角光纤4传光并经过顶端切角被反射后，可照射至内凹弧形超声阵列模组3的焦点处，生物组织吸收激光能量，产生热膨胀，发出光声信号，结直肠中充满水，用于传导光声信号，该光声信号最终被内凹弧形超声阵列模组3所接收，并转化为电信号，经过信号放大器放大之后，被超声激励采集系统采集，经反投影算法重建，得到光声图像，外壳体1的内部下方设置有进水口7与排气孔8，进水口7与排气孔8在内凹弧形超声阵列模组3的下方左右对称，进水口7与排气孔8的直径均为0.5mm，方便注水至内凹弧形超声阵列模组3下方，用于传导光声/超声信号，进水口7在该装置尾端有一段凸起，用于连接硅胶软管，便于使用注射器注水，排气孔8用以保证气体流通。
在本实施例中，外壳体1的内部设置有相机信号传输线5，且相机信号传输线5与CCD相机2之间电性连接，相机信号传输线5可通过USB接口将信号传输至计算机，采集成像图片或视频，CCD相机2发出的白光成像主要用于引导，发现结直肠中的肿瘤具体位置。
在本实施例中，内凹弧形超声阵列模组3的阵列单元为96个，单元尺寸为4×0.175mm，单元中心间隔0.2mm，中心频率为12 MHz，弧形阵列聚焦半径为10 mm，其侧向使用声透镜实现聚焦，焦距为10 mm，阵列边界相对于探头外壁内缩2.7 mm，声学焦点位于探头外壁3mm处,实现对4-5 mm厚的人/兔结直肠良好的声学聚焦,内凹弧形超声阵列模组3接收光声/超声信号，实现侧向的光声/超声双模态成像。
在本实施例中，外壳体1外接操作手柄，用以实现任意方向、任意位置的扫描成像，无需电机，操作更为灵活,超声阵列模组信号传输线6经过操作手柄连接到超声采集系统上，从而进行光声/超声成像。
本发明工作原理：本发明为一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，使用时，在CCD相机2的作用下进行白光成像，CCD相机2接收光信号，并将其转化为电信号，相机信号传输线5可通过USB接口将信号传输至计算机，采集成像图片或视频，白光成像主要用于引导，发现结直肠中的肿瘤具体位置，随后，使用注射器经进水口7外接软管注水充满整个结直肠，用于传播光声/超声信号，光声成像中使用的激光经过耦合平台进入多模切角光纤4，多模切角光纤4传光并经过顶端切角被反射后，可照射至内凹弧形超声阵列模组3的焦点处，生物组织吸收激光能量，产生热膨胀，发出光声信号，该光声信号最终被内凹弧形超声阵列模组3所接收，并转化为电信号，经过信号放大器放大之后，被超声激励采集系统采集，经反投影重建，得到光声图像，不仅如此，内凹弧形超声阵列模组3还可以发出超声，经生物组织反射后传回，同时被内凹弧形超声阵列模组3接收，以此来进行超声成像。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (8)
1.一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：包括外壳体（1），所述外壳体（1）的一端侧壁上设置有内凹弧形超声阵列模组（3），所述外壳体（1）的内部插设有多模切角光纤（4），且所述多模切角光纤（4）从所述内凹弧形超声阵列模组（3）的两侧伸出，所述外壳体（1）的前端设置有CCD相机（2），所述外壳体（1）的内部下方设置有进水口（7）与排气孔（8）。
2.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述进水口与所述排气孔在所述内凹弧形超声阵列模组（3）的下方左右对称。
3.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述CCD相机（2）自带LED灯柱。
4.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述外壳体（1）的内部设置有相机信号传输线（5），且所述相机信号传输线（5）与所述CCD相机（2）之间电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述外壳体（1）的内部设置有超声阵列模组信号传输线（6），且所述超声阵列模组信号传输线（6）与所述内凹弧形超声阵列模组（3）之间电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述外壳体（1）的直径为12mm，长度为60mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述内凹弧形超声阵列模组（3）的阵列单元为96个，单元尺寸为4×0.175 mm，单元中心间隔为 0.2 mm，中心频率为12 MHz，弧形阵列聚焦半径为10 mm，其侧向使用声透镜实现聚焦，焦距为10 mm，阵列边界相对于探头外壁内缩2.7 mm，声学焦点位于探头外壁3 mm处。
8.根据权利要求1所述的一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头，其特征在于：所述外壳体（1）外接操作手柄，用以实现任意方向、任意位置的扫描成像。
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