CN117157012A - 基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头、内窥镜设备和导管设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头可以包括：光纤激光单元，其用于发射光；透明超声波传感器，其被布置在要测量的对象与光纤激光单元之间以使从光纤激光单元发射的光通过透明超声波传感器透射，该透明超声波传感器与从光纤激光单元发射的光同轴对准，向对象辐射超声波，并接收所反射的超声波；以及摄像装置，其用于通过透明超声波传感器获取对象的图像。根据本发明的一种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备可以包括所描述的探头、扫描单元和前端单元。根据本发明的一种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备可以包括：光纤激光单元，其用于从前端单元发射光；包括透明超声波传感器的导管，该透明超声波传感器被布置在要测量的对象与光纤激光单元之间，以使从光纤激光单元发射的光通过透明超声波传感器透射，该透明超声波传感器与从光纤激光单元发射的光同轴对准，向对象辐射超声波，接收所反射的超声波，并将所接收的超声波传输至前端单元；扫描单元；以及前端单元。

Description

基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头、内窥 镜设备和导管设备

技术领域

本公开内容涉及基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头、内窥镜设备和导管设备。

背景技术

超声波传感器或换能器是基于使用压电材料的特性将电能转换成声能，将声能转移至目标对象，然后将所反射的声能转换回电信号的原理，能够从对象进行物理距离测量和对象图像获取的传感器。

最近，为了高精度传感操作、高分辨率成像和用户便利性，正在积极开发将光学设备(诸如光学摄像装置和激光器)与超声波传感器集成的技术。

特别地，由于在医学诊断中具有提高精确度的优点，所以已经进行了集成常规超声波成像系统和光学成像系统、集成超声波成像系统和光学相干断层成像系统、集成超声波成像系统和荧光成像系统等的研究。

然而，由于常规的超声波传感器是不透明的，所以超声波传感器不可以与需要透明介质的光学设备集成，并且不可以与所辐射的激光布置在相同轴线上。

由于各种原因，这种离轴布置在拍摄图像时是不利的。例如，出现了诸如系统未对准、复杂性增加、系统尺寸增加以及信噪比(SNR)降低的问题。

为了解决这种不透明超声波传感器的问题，美国专利第8,784,321号公开了不透明超声波传感器的端表面的一部分被贯穿以形成光路，使得光路和超声波路径布置在相同轴线上。然而，即使在这种情况下，由于光可能仅透射超声波传感器端表面的一部分，所以由超声波传感器的光不透射性引起的问题可能没有得到充分解决。

同时，本发明人已经提交了公开基于铌酸锂(LNO)的单晶透明超声波传感器结构的韩国专利申请第10-2020-0039208号(“transparent ultrasonic sensor and methodfor manufacturing the same”)和公开使用透明超声波传感器的超声波光学多成像系统的韩国专利申请第10-2020-0110777号(“ultrasonic-optical multiimaging systembased on transparent ultrasonic sensor”)。

(专利文献1)美国专利公开第8,784,321号

(专利文献2)韩国专利申请第10-2020-0039208号

(专利文献3)韩国专利申请第10-2020-0110777号

发明内容

技术问题

本公开内容提供了基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头、内窥镜设备和导管设备，其能够通过利用使超声波路径和光路同轴化的透明超声波传感器来提高SNR并使设备小型化。

技术方案

在本发明的一个方面中，一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头可以包括：发射光的光纤激光单元；透明超声波传感器，其被布置在要测量的对象与光纤激光单元之间以使从光纤激光单元发射的光通过透明超声波传感器透射，该透明超声波传感器与从光纤激光单元发射的光同轴对准，向对象辐射超声波，并接收所反射的超声波；以及摄像装置，其通过透明超声波传感器获取对象的图像。在本发明的另一方面，一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备可以包括：探头；扫描单元，其通过电缆连接至探头，以控制探头的扫描操作；以及前端单元，其通过电缆向探头提供光输出，并对探头获取的图像进行信号处理。在本发明的另一方面，一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备可以包括：插入预先设定的对象中的导管；扫描单元，其通过电缆连接至导管，以控制导管的扫描操作；以及前端单元，其通过电缆向导管提供光输出并对由导管获取的图像进行信号处理，其中导管可以包括：从前端单元发射光的光纤激光单元；以及透明超声波传感器，其布置在要测量的对象与光纤激光单元之间，以使从光纤激光单元发射的光通过透明超声波传感器透射，透明超声波传感器与从光纤激光单元发射的光同轴对准，向对象辐射超声波，并接收所反射的超声波并将所接收的反射的超声波传输至前端单元。

有益效果

根据本公开内容的实施方式，通过使用能够实现超声波路径与光路同轴化的透明超声波传感器，可以提高SNR并使探头或导管小型化。

附图说明

图1是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备的示意性配置图。

图2是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头的示意性前透视图。

图3a至图3d是根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头的示意性前透视图。

图4a至图4c是根据本公开内容的各种实施方式的前视型基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图。

图5a至图5c是根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图，其中反射器被添加至前视型探头或导管。

图6a至图6i是根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图，其中反射器被添加至侧视型探头或导管。

图7a至图7d分别是示出根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的反射器的实施方式的图。

图8是根据本公开内容的另一实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备的示意性配置图。

图9a是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的前视图，并且图9b是根据本公开内容的实施方式的透明超声波传感器的后视图。

图10是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的示意性单向截面图。

图11是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的示意性分解透视图。

图12a和图12b分别是示出在根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器中使用平凹型的平凹声学透镜和平凸型的平凸声学透镜时的光路示例图。

图13a和图13b分别是示出了在根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器中使用校正透镜和不使用校正透镜时的光路示例图。

图14和图15是示出根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备获得的光声图像结果图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述实施方式，以便易于被本公开内容所属领域的技术人员实践。

图1是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备的示意性配置图。

参照图1，根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备100可以包括内窥镜探头或导管110、操作单元120和前端单元130。

内窥镜探头或导管110可以插入预先设定的对象中，以获取要捕获的对象的超声波图像、光声图像等。如上所述，内窥镜探头或导管110可以插入预先设定的对象中，以获取要捕获的对象的超声波图像、光声图像等。例如，在内窥镜探头插入诸如胃和大肠的身体器官的情况下，内窥镜探头的外径可以是大约5mm至15mm，并且在导管插入诸如心血管、微血管等狭窄位置的情况下，导管的外径可以是大约0.5mm至1mm。

操作单元120可以控制通过电缆连接的内窥镜探头或导管110的移动。操作单元120可以包括旋钮单元121、吸入阀122、空气/水阀123和仪器端口124。

旋钮单元121可以根据用户的操作来控制内窥镜探头或导管110的移动，吸入阀122可以控制安装在后面描述的内窥镜探头或导管110中的吸入单元的吸入操作，空气/水阀123可以控制安装在后面描述的内窥镜探头或导管110中的水喷嘴装置的操作，并且仪器端口124可以通过安装在后面描述的内窥镜探头或导管110中的钳子孔来控制医疗装置的运行。

前端单元130可以包括信号处理单元132，信号处理单元132通过激光源131将超声波信号传输至内窥镜探头或导管110，接收所反射的超声波信号并对其进行信号处理，以及对所获取的光声图像等进行信号处理并显示，激光源131通过光纤电缆和信号线提供激光。

图2是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头的示意性前透视图。

参照图2和图1，根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头110包括超声波传感器111、光纤激光单元112和摄像装置113。

光纤激光单元112可以从前端单元130的激光源131接收激光，并向探头110的外部发射光。光纤激光单元112可以是用于光声、OCT、近红外荧光(NIRF)、近红外光谱(NIRS)及荧光成像的各种波长的激光设备。除了激光器之外，光纤激光单元112可以是小型摄像装置(CCD、CMOS传感器)、LED等。尽管仅示出了一个光纤激光单元112，多个光纤激光单元112可以被布置在有限的尺寸内，以同时获取多个光学图像。

透明超声波传感器111可以被布置在要测量的对象与光纤激光单元112之间，并且与从光纤激光单元112发射的光同轴对准，可以透射从光纤激光单元112发射的光，通过信号线连接至前端单元130的信号处理单元132以向对象辐射超声波，并且接收所反射的超声波以获取超声波图像。摄像装置113可以通过信号线连接至前端单元130的信号处理单元132，以通过透明超声波传感器111获取对象的图像，并且可以将所获取的图像传输至信号处理单元132。

如上所述，根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头110将来自光纤激光单元112的光透射至透明超声波传感器111的后表面，以在与光和超声波相同的位置获取光学/超声波图像或信号，减小设备的体积并增加设备的额外部分中钳子孔的数量以添加各种手术工具等，并且克服常规超声波图像与光学图像之间的位置不一致问题，因为超声波/光可以完全共享相同的位置信息。

图3a至图3d是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头的示意性前透视图。

参照图3a至图3d以及图2，根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头110还可以包括吸入预设物质的吸入单元114、钳子孔115以及喷射水的水喷嘴装置116。如上所述，由于设备的体积减小，通过增加设备的额外部分中的钳子孔的数量，可以提供执行预设的医疗功能诸如切割和缝合的多个钳子孔115。

首先，根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头110可以参照图3a通过透明超声波传感器111获取对象的超声波图像a，参照图3b，通过摄像装置113获取对象的图像b，参照图3c，使用光纤激光单元112和透明超声波传感器111获取光声图像a和c，以及参照图3d单独使用光纤激光单元112获取荧光图像d。

同时，除了上述摄像装置被排除在内窥镜探头之外的配置之外，根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备100中采用的导管的操作和配置与内窥镜探头的操作和配置相似，因此，将省略其详细描述。

根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110可以是前视型或侧视型。

在将在后面描述的附图中示出的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110中，透明超声波传感器可以聚焦或辐射超声波信号。

图4a至图4c是根据本公开内容的各种实施方式的前视型基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图。

参照图4a，在根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110中，光纤激光单元112可以位于透明超声波传感器111的后表面上，透明超声波传感器111从一端至前面发送/接收超声波a，以通过透明超声波传感器111发射光c。

参照图4b，在根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110中，光学透镜117可以被布置在透明超声波传感器111与光纤激光单元112之间，以聚焦来自光纤激光单元112的光c。光学透镜117可以是各种的，诸如GRIN透镜、球透镜和凸透镜。

参照图4c，在根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110中，多个光学透镜117可以被布置在透明超声波传感器111与光纤激光单元112之间，以调节来自光纤激光单元112的光c的传播角度或距离。此时的光学透镜117可以对应于可以传播光的任何透镜、漫射器等。

同时，根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110还可以包括反射器。

图5a至图5c是根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图，其中反射器被添加至前视型探头或导管。

参照图5a至图5c，根据本公开内容的各种实施方式的前视型基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110还可以包括反射器118，以将超声波发送/接收至基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110的侧表面并发射光。类似地，当包括摄像装置(未示出)时，可以获取对象的图像。反射器118可以被布置在透明超声波传感器111的前面，以改变透明超声波传感器111的超声波与来自光纤激光单元112的光之间的角度。

图6a至图6i是根据本公开内容的各种实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管的示意性配置图，其中反射器被添加至侧视型探头或导管。

参照图6a至图6i，根据本公开内容的各种实施方式的侧视型基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头或导管110可以包括光纤激光单元112，光纤激光单元112位于透明超声波传感器111的后表面上，透明超声波传感器111发送/接收超声波a以通过透明超声波传感器111发射光c；以及反射器118，其被布置在透明超声波传感器111与光纤激光单元112之间以改变来自光纤激光单元112的光的角度。此外，光学透镜117可以被布置在反射器118与光纤激光单元112之间，以聚焦来自光纤激光单元112的光c，或者多个光学透镜117可以被布置成调节从光纤激光单元112传播光c的角度和距离。

图7a至图7d分别是示出根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的反射器的实施方式的图。

参照图7a至图7d，在根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中可以使用各种类型的反射器。反射器的代表性示例包括反射镜、棱镜、分束器、二向色镜等，并且可以包括能够反射光或超声波的任何类型的反射器。

图8是根据本公开内容的另一实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备的示意性配置图。

参照图8，在侧视型探头或导管的情况下，根据本公开内容的另一实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备200可以包括内窥镜探头或导管210、扫描单元220和前端单元230。

内窥镜探头或导管210可以插入预先设定的对象中，以获取要捕获的对象的超声波图像、光声图像等。

扫描单元220可以控制通过电缆连接的内窥镜探头或导管210的扫描。也就是说，扫描单元220可以将内窥镜探头或导管210旋转360°，以控制获得对象的超声波图像、光声图像等的扫描操作。

扫描单元220可以包括电机221、光纤旋转接头单元222和滑环223。

电机221可以提供转矩以旋转内窥镜探头或导管210。光纤旋转接头单元222可以提供连接至根据电机221的转矩旋转的内窥镜探头或导管(210)的光纤电缆(光纤b)与连接并固定至前端单元230的光纤电缆(光纤a)之间的同轴对准。固定的光纤电缆(光纤a)和通过电机旋转的光纤电缆(光纤b)彼此间隔大约若干um，激光可以从固定的光纤电缆(光纤a)被传输至旋转的光纤电缆(光纤b)，如虚线所示，并且光纤旋转接头单元222可以提供连接至根据电机221的转矩旋转的内窥镜探头或导管210并旋转的光纤电缆(光纤b)与连接至前端单元230并固定的光纤电缆(光纤a)之间的同轴对准，以将激光从固定的光纤电缆(光纤a)传输至旋转的光纤电缆(光纤b)，如虚线所示。滑环223可以提供连接至前端单元230并固定的信号线(线b)与连接至通过电机221旋转的内窥镜探头或导管110并旋转的信号线(线b)之间的电连接。

前端单元230可以包括信号处理单元232，信号处理单元232通过激光源231将超声波信号传输至内窥镜探头或导管210，接收所反射的超声波信号并对其进行信号处理，以及对所获取的光声图像等进行信号处理并显示，激光源231通过光纤电缆(光纤a)和信号线(线a)提供激光。

图9a是根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的前视图，图9b是根据本公开内容的实施方式的透明超声波传感器的后视图，图10是在根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的示意性单向截面图，并且图11是在根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备或导管设备中采用的透明超声波传感器的分解透视图。

如图9a和图9b所示，根据本公开内容的实施方式的透明超声波传感器111具有圆形形状，该圆形形状具有圆形平面形状，但不限于此。

参照图9a、图9b以及图10，根据本公开内容的实施方式的透明超声波传感器111从右侧可以包括保护层111-1、具有位于保护层111-1后面的声学透镜的匹配单元111-3、位于匹配单元111-3后面的压电部分111-5、连接至压电部分111-5的第一壳体111-7a和第二壳体111-7b、位于压电部分111-5后面的后层111-6、位于第一壳体111-7a与第二壳体111-7b之间的绝缘部分111-8以及位于第二壳体111-7b后面的校正透镜单元111-9。

保护层111-1用于物理保护和电保护透明超声波传感器111，并减小超声波信号将辐射到的介质(即对象)之间的声阻抗差。因此，保护层111-1具有保护功能，并且可以用作在液体(例如，水)与活体之间执行声阻抗匹配的匹配层。

该保护层111-1可以由透明物质制成。例如，保护层111-1可以包含作为透明聚合物的聚对二甲苯。

在该示例中，保护层111-1的声阻抗可以是大约284兆瑞利。

如图10和图11所示，保护层111-1可以位于第二壳体111-7b的侧表面上，第二壳体111-7b位于压电部分111-5的前表面和侧表面上，并且保护层111-1位于透明超声波传感器111的最外边缘。

因此，保护层111-1最终可以形成透明超声波传感器111的前表面和侧表面。

位于保护层111-1后面的匹配单元111-3用于减小从压电部分111-5生成的超声波信号要辐射到的介质与对象之间的声阻抗差。

也就是说，当生成用于压电部分111-5的操作的超声波信号时，为了在水、活体组织或除空气之外的其他介质中有效地传输超声波信号，需要尽可能地调节介质的声阻抗，从而，可以最小化超声波的能量损失。

该示例的匹配单元111-3的每个声学透镜可以是聚焦型的，使用能够调节光和超声波信号的焦点的声学透镜。

因此，由于匹配单元111-3具有聚焦控制功能，所以从对象反射并入射至透明超声波传感器111上的超声波信号被精确地聚焦于压电部分111-5的期望位置上。

因此，通过匹配单元111-3的聚焦控制功能，可以调节从压电部分111-5输出的超声波信号获取的超声波图像的焦点，以获取清晰的超声波图像。

因此，提高了通过透明超声波传感器111的操作获得的图像的清晰度，因此可以获得超声波信号被辐射到的对象的期望部分的清晰图像。

此外，由于匹配单元111-3使用声学透镜，所以表面的曲率恒定并且提高了表面的透明度，因此可以减少在发送或接收辐射至对象的或从对象反射的超声波信号时超声波信号的损失量。

此外，如果需要，可以在匹配单元111-3中形成附加的传输膜或阻挡膜，以传输或仅阻挡期望波长范围的信号。

设置在匹配单元111-3中的声学透镜可以由透明玻璃、透明环氧树脂和透明硅酮中的至少一种制成。

可以根据声学透镜的功能来选择这样的声学透镜。

例如，在声学透镜用作执行声阻抗匹配功能的匹配层的情况下，当设置在压电部分111-5中的压电物质不是诸如PVDF或PVDF-TrFE的聚合物的形式时，声学透镜可以更优选地由玻璃制成。

也就是说，当压电物质由铌酸锂(LNO)或PMN-PT制成时，声阻抗高达30兆瑞利至40兆瑞利，但当压电物质由玻璃制成时，声阻抗低至10兆瑞利至15兆瑞利，因此，获得易于与声阻抗匹配的声阻抗值，并且还获得非常好的透明度。结果，当压电物质不是聚合物形式时，声学透镜可以由玻璃制成。

然而，当已经制造出执行声阻抗匹配功能的匹配层时，声学透镜可以由透明环氧树脂或透明硅酮制成。

也就是说，当在具有大约30兆瑞利至40兆瑞利的声阻抗的压电物质与具有大约1兆瑞利至2兆瑞利的声阻抗的活体组织或水(即，超声波将被辐射到的介质)之间执行匹配功能的匹配层(大约7兆瑞利至20兆瑞利)预先存在时，由于不需要单独的声阻抗匹配操作，所以具有与活体组织或水的声阻抗相似的声阻抗的环氧树脂或硅酮(大约1兆瑞利至3兆瑞利)是合适的。也就是说，由于环氧树脂和硅酮的声阻抗与活体组织或水的声阻抗几乎相同，所以不需要单独的声阻抗匹配。

此外，考虑到声速和声学透镜材料的声速，可以确定声学透镜的曲面的曲率以及声学透镜是凹的还是凸的。

例如，当声学透镜由玻璃制成时，可以使用光学透镜。在这种情况下，玻璃的光速比水的光速更快，因此声学透镜可以被设计成凹形，例如平凹形(参见图12a)。

当声学透镜由透明环氧树脂制成时，对初步生产的声学透镜进行抛光处理，以尽可能地提高透明度，从而最终完成声学透镜。因此，即使当声学透镜由环氧树脂制成时，环氧树脂的光速也比水的光速更快，因此声学透镜也可以制造成平凹形。

即使当声学透镜由透明硅酮制成时，如在环氧树脂的情况下，也应执行单独的抛光处理，以尽可能最大限度地提高完成的声学透镜。在这种情况下，由于硅酮的光速比水的光速更慢，所以声学透镜可以被制造成凸形，诸如平凸形，这与玻璃和环氧树脂的情况不同(参见图12b)。因此，当声学透镜被制造成平凸形时，声学透镜可以具有聚光的功能。

如图10和图11所示，压电部分111-5可以包括压电层111-5a以及分别位于压电层111-5a的后表面和前表面上的第一电极层111-5b和第二电极层111-5c。

压电层111-5a是其中发生压电效应和反向压电效应的层，并且如上所述，可以包含压电物质，该压电物质是铌酸锂(LNO)、PMN-PT、PVDF和PVDF-TrFE中的至少一种。

LNO的机电耦合系数约为0.49，非常高，因此机电能量转换效率非常好。

此外，由于LNO具有低介电常数，所以当压电层111-5a由LNO制成时，透明超声波传感器的使用可适用于大孔径单个元件换能器。

此外，由于LNO具有高居里温度并且可以承受高温，所以可以开发具有良好耐热性的透明超声波传感器111。

此外，当压电层111-5a由LNO制成时，可以容易地开发具有10MHz至400MHz的中心频率的单个元件超声波传感器。

当压电层111-5a包含PMN-PT时，由于PMN-PT的压电性能(d33～1500pC/N至2800pC/N)和机电耦合系数(k>09)非常高，所以可以改善透明超声波传感器111的性能。

与LNO不同，PMN-PT具有高介电常数，因此可以开发适用于小孔径单个或阵列超声波换能器的透明超声波传感器111。

此外，当压电层111-5a包含PVDF和PVDF-TrFE中的至少一种时，压电层111-5a可以具有以下特征。

PVDF和PVDF-TrFE具有聚合物膜形式，并且可以用于制造易弯曲和可拉伸的压电层111-5a，因此可以减小压电层111-5a的厚度，并且可以制造用于与减小的厚度一样的大约100MHz的高频带的信号的透明超声波传感器111。

此外，PVDF和PVDF-TrFE可以具有相对低的机电耦合系数和相对高的接收常数，并具有比其他压电物质更宽的带宽，且可以容易地用于制造单个元件或所有阵列型元件。

此处，单个元件(例如，单个超声波换能器)可以指其中包括压电物质的所有组件的数量为1的超声波换能器。此外，阵列型元件(例如，阵列超声波换能器)可以是具有包括压电物质的所有组件中的多个组件(n)的超声波换能器，并且通常可以被配置成主要用于医院的形式。在这种情况下，形状可以是线性形状、凸形、2D矩阵等。

在此示例的情况下，类似于PMN-PT，可以制造具有小孔径的单个或阵列超声波换能器。

压电层111-5a的物质特性可以总结在下表中。

(表)

分别位于压电层111-5a的前表面和后表面上的第一电极层111-5b和第二电极层111-5c可以分别从驱动信号发生器(未示出)接收(+)驱动信号和(-)驱动信号，并对压电层111-5a施加反向压电效应，使得超声波信号可以朝向对象200传输，而相反地，可以接收通过从对象反射的超声波信号经由压电层111-5a的压电效应生成的电信号，并将所接收的电信号输出至外部。

如上所述，第一电极层111-5b和第二电极层111-5c可以由透明导电物质制成，并且可以包括例如AgNW(银纳米线)、ITO、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

如图10所示，为了易于与第一壳体111-7a和第二壳体111-7b耦接，第一电极层111-5b和第二电极层111-5c的尺寸可以彼此不同。

因此，如图10所示，在具有圆形平面形状的第一电极层111-5b和第二电极层111-5c中，第二电极层111-5c的直径不同于第一电极层，并且第二电极层111-5c的一部分(例如，边缘部分)可以从第一电极层111-5b的边缘部分向外突出。

当电信号(例如，脉冲信号)被施加至压电物质时，压电物质(即，压电层111-5a)来回振动以生成超声波信号。超声波信号不仅在面向对象的压电层111-5a的前表面上生成，而且在与前表面相对的后表面上生成。

在这种情况下，由于在后表面上生成的超声波信号不指向对象，所以在后表面上生成的超声波信号充当噪声信号。

此外，从对象反射并返回的超声波信号的一部分可以通过匹配单元111-5并朝向校正透镜单元111-9输出。

因此，后层111-6可以位于压电部分111-5的后表面上，以使从压电部分111-5的后表面生成的超声波信号衰减，并使从对象反射的超声波信号衰减。

因此，由于后层111-6位于压电部分111-5的后表面(也就是说，与所反射的超声波信号入射至的压电部分111-5的前表面相对的表面)上，所以超声波信号不穿过压电部分111-5的后表面。

通过这种方式，可以防止超声波信号通过压电部分111-5的后表面造成不必要的信号干扰，并且可以防止反射至压电部分111-5的超声波信号的损耗，以减少衰荡信号，从而减少衰荡现象。

衰荡是不必要的信号沿着时间轴被拉长的现象，这是对图像生成产生不利影响的因素。

因此，可以通过调节声阻抗与厚度中的至少一个来适当地制造后层111-6，以便减少这样的衰荡现象。

当后层111-6由具有高声阻抗的物质制成时，衰荡现象减少，并且时间轴上衰荡现象的减少类似于频域中带宽加宽的含义。然而，当代替发送/接收超声波信号时，整个超声波信号的大小也可以被后层111-6衰减。

相反地，当后层111-6由具有相对低的声阻抗的物质制成时，衰荡现象没有显著减少并且带宽减少，但是可以增加超声波信号的发送/接收量。

后层111-6也可以由透明非导电物质制成，并且可以由例如透明环氧树脂(例如，Epotek301)或透明玻璃制成。

当后层111-6由Epotek301制成，并且具有低至31兆瑞利的声阻抗时，实现了低信号衰减，因此透明超声波传感器111可以获得相对高的信号。

此外，Epotek301具有非常高的透明度，诸如在380nm至2000nm的波长下具有大约95％或更高的透明度，并且由于Epotek301在室温下固化，Epotek301易于制造后层111-6。

当后层111-6由玻璃制成时，透明度和平整度高，并且不需要单独的固化处理。

当玻璃具有大约13兆瑞利的声阻抗时，脉冲长度由于后层111-6中的高信号衰减而减小，以减小衰荡效应，但是可以施加增加透明超声波传感器111的频率带宽的效果。

如果需要，可以省略后层111-6。

如上所述，第一壳体111-7a和第二壳体111-7b分别连接至第一电极层111-5b和第二电极层111-5c。因此，第一壳体111-7a和第二壳体111-7b可以由包含导电物质(例如，铜)的透明导电物质制成，电信号通过导电物质传输。

因此，如图3所示，第一壳体111-7a可以通过第一信号线L1接收对应的信号，并将所接收的信号传输至第一电极层111-5b，并且相反地，将从第一电极层111-5b施加的信号输出至第一信号线L1。

第二壳体111-7b还可以通过第二信号线L2接收对应的信号，第二信号线L2是与第一信号线L1不同的信号线，并将所接收的信号传输至第二电极层111-5c，并且相反地，将从第二电极层111-5c施加的信号输出至第二信号线L2。

在该示例中，输入至第一信号线L1的信号可以是脉冲信号，并且引入至第二信号线L2的信号可以是接地信号或屏蔽信号(-)，因此第一壳体111-7a可以将脉冲信号传输至第一电极层111-5b，并且第二壳体111-7b可以将接地信号传输至第二电极层111-5c。

如图4所示，第一壳体111-7a和第二壳体111-7b具有环形形状，并且可以定位成与对应的电极层111-5b和111-5c的边缘部分即圆形侧表面接触。

也就是说，第一电极层111-5b和第二电极层111-5c可以插入并安装至位于第一壳体111-7a和第二壳体111-7b内部的空的空间中。

因此，如图9所示，第一壳体111-7a和第二壳体111-7b被定位成使得透明超声波传感器111包围实际有效区域AR1，从而通过第一壳体111-7a和第二壳体111-7b(基本上是第一壳体111-7a)最小化有效区域AR1的减少。

因此，由于第一壳体111-7a和第二壳体111-7b用于向对应的电极层111-5b和111-5c传输电信号，所以第一壳体111-7a和第二壳体111-7b可以包含具有良好导电性的物质。

由于第一壳体111-7a位于第一电极层111-5a的边缘部分(即，角部分)，第一电极层111-5a位于接收光的压电层111-5a的整个后表面上，所以第一壳体111-7a优选地具有尽可能薄的宽度W11，并且可以具有尽可能厚的厚度以最小化由于布线电阻等引起的信号丢失率。

如图9和图10所示，由于第二壳体111-7b与直径大于第一电极层111-5b的第二电极层111-5c耦接，所以第二壳体111-7b的直径大于第一壳体111-7a的直径。

此外，由于第二壳体111-7b比第一壳体111-7a更能从外部保护透明超声波传感器111，所以第二壳体111-7b的宽度和厚度可以大于第一壳体111-7a的宽度和厚度。

因此，如图10所示，第一电极层111-5b和第一壳体111-7a可以位于第二壳体111-7b中。

此外，如上所述，第二壳体111-7b暴露在外部的外侧表面覆盖有保护层111-1，因此防止噪声信号通过第二壳体111-7b进入透明超声波传感器111。

如图10和图11所示，第二壳体111-7b不影响压电层111-5a的光接收区域，因此如果需要，尺寸可以增加。

此外，所需光学元件可以通过在第二壳体111-7b上形成螺钉111-7b1、连接器等而耦接至第二壳体111-7b。在这种情况下，第二壳体111-7b可以用作用于与其他组件耦接的耦接部分。

绝缘部分111-8位于将对应的电信号传输至对应的电极层111-5b和111-5c的第一壳体111-7a与第二壳体111-7b之间以与第一壳体111-7a和第二壳体111-7b接触，以使第一壳体111-7a和第二壳体111-7b绝缘，从而防止电短路或短路，并且可以用于固定第一壳体111-7a和第二壳体111-7b的位置。

绝缘部分111-8可以由透明绝缘物质制成，诸如不导电的环氧树脂。作为匹配单元111-3的示例，当使用平凹声学透镜时，从对象反射和入射的光和超声波信号的焦点由匹配单元111-3的声学透镜调节。然而，在光和超声波信号通过匹配单元111-3之后，可能会出现光扩散现象(参见图13a)。

因此，具有与匹配单元111-3中使用的声学透镜形状相反的平凸形状的校正透镜部分111-9可以位于后层111-7的前面，并且补偿光的折射现象以防止光扩散现象(参见图13b)。

在这种情况下，可以根据光最终的位置来选择性地使用校正透镜单元111-9的曲率。

因此，校正透镜单元111-9可以仅影响光的焦点而不影响超声波信号的焦点，但是匹配单元111-3的声学透镜可以影响超声波信号的焦点和光的焦点。

如果需要，可以省略校正透镜单元111-9，并且可以通过改变校正透镜单元111-9来调节光的焦距。

此外，校正透镜单元111-9可以具有同时调节反射和接收的超声波信号的焦点和光的焦点的共焦功能。然而，当校正透镜单元111-9具有共焦功能时，校正透镜单元111-9需要被设计以考虑通过透明超声波传感器111之前的光的形状。

在该示例中，校正透镜单元111-9包括单个透镜，但不限于此，并且可以通过除了诸如平凸透镜的单个透镜之外还包括用于像差校正的透镜来包括多个透镜。

其中位于具有该结构的透明超声波传感器111的有效区域AR1中的所有组件(例如，111-1至111-6、111-9)由透射光的透明材料制成的该示例的透明超声波传感器111的特性可以如下。

首先，由于光学阻抗匹配，即通过匹配单元111-3的操作来执行匹配，所以可以提高从透明超声波传感器111输出的信号的可靠性。

此外，由于使用了匹配单元111-3中使用的配备有聚焦控制功能的声学透镜，可以调节被对象反射的光和超声波信号的焦点，因此光和超声波信号可以聚焦在压电部分111-5的精确期望位置上。因此，通过从透明超声波传感器111输出的信号获得的超声波图像的清晰度大大提高，因此可以掌握被检测对象的精确形状以及该对象是否存在。

此外，如上所述，由于构成透明超声波传感器111的组件(例如11至16、19)都由诸如透明玻璃、透明环氧树脂和透明硅酮的透明材料制成，所以从光纤激光单元112输出的光可以直接穿过透明超声波传感器111并向对应的对象辐射。

因此，包括透明超声波传感器111的光学系统的布置可以是自由的，并且可以改善安装光学系统的空间的利用率。

此外，可以根据用户要求选择性地使用校正透镜单元111-9，并且可以通过改变校正透镜单元111-9来调节光的焦距。

此外，当涂覆至400nm至1000nm的平凹光学透镜用作声学透镜时，光在400nm至1000nm处透射良好，因此可以提高超声图像的清晰度。

当平凹光学透镜用作声学透镜111-3时，通过声学透镜出现光扩散形状，但校正透镜部分111-9补充了光扩散形状，并且可以将光的焦点调节至期望点。因此，可以通过使用补偿透镜来扩宽声学透镜的选择范围。

通过声学透镜111-3和校正透镜单元111-9的聚焦调节来保持光的形状，从而，可以保持精细聚焦，因此可以获得高分辨率光学图像(例如，光声图像或光学相干断层成像图像)。

此外，第一信号线L1和第二信号线L2可以分别连接至构成透明超声波传感器111壳体的第一壳体111-7a和第二壳体111-7b，以向第一电极111-5b和第二电极111-5c施加电信号，因此可以容易地连接信号线L1和信号线L2。

此外，通过在作为外壳的第二壳体111-7b中形成螺纹111-7b1等，可以便于与其他光学元件连接或耦接。以这种方式，由于必要的光学元件耦接至位于与从光学模块100发射的光的路径完全不相关的部分中的第二壳体111-7b，所以光正常无损地入射至透明超声波传感器111的压电部分111-5上，并且沿法向方向穿过透明超声波传感器111的中心，因此可以容易地实现光与超声波信号的对准。

此处，垂直的含义可以意味着光在垂直于透明超声波传感器(例如，透明超声波换能器)的入射表面的方向上传播。

以这种方式，当光垂直入射至超声波传感器上时，光和超声波信号的焦点位置可以精确匹配，因此可以进一步提高从透明超声波传感器获得的图像的清晰度。

如上所述，可以存在匹配层以最小化由于空气与介质之间的声阻抗差异而导致的介质中的超声波能量损失。

可以存在一个或更多个匹配层。

在比较示例中，这样的匹配层可以如下形成。

当超声波信号的介质是水或生物组织(15兆瑞利)时，在压电层是LNO(345兆瑞利)或PMN-PT(371兆瑞利)的情况下，为了超声波能量的最大发送/接收效率，需要进行声阻抗匹配。在这种情况下，可能需要一个或更多个匹配层，物质范围从371兆瑞利至15兆瑞利。

在这种情况下，当使用KLM模拟工具(PiezoCAD、PZFLEX等)生成特定匹配层时，需要通过模拟检查从水或活体组织传输的超声波信号的波形来找到合适匹配层的物质，并且由于所生成的匹配层的厚度也影响超声波波形，厚度也很大程度上影响波形，因此，需要通过调节匹配层的厚度来找到合适的厚度。理论上，波的能量损失最小的厚度是波动方程所期望的λ/4厚度处的最小损失(c＝λ*f，c：声速约为1480m/s，λ：波长，f：期望的中心频率)。

在常规超声波传感器中，第一匹配层通常由银粉和环氧树脂(79兆瑞利)的混合物形成。在这种情况下，可以根据银粉和环氧树脂的混合比来调节声阻抗，例如，银粉：环氧树脂＝3：125。

接下来，可以通过聚对二甲苯(28兆瑞利)涂层形成第二匹配层。

当压电层是PVDF或PVDF-TrFE(大约4兆瑞利)时，可以仅使用聚对二甲苯涂层生成一个匹配层。此处，由聚对二甲苯涂层形成的匹配层不仅可以用作匹配层，还可以用作相对于外部的保护和绝缘。

然而，在根据本示例的透明超声波传感器111的情况下，由于位于有效区域AR1中的组件(例如，11至16、19)是透明的，所以在由LNO或PMN-PT构成压电层的情况下，匹配层111-3可以使用玻璃形成。在这种情况下，根据玻璃的原料(例如，硼硅酸盐玻璃＝13兆瑞利，冕玻璃＝142兆瑞利，石英＝145兆瑞利，平板玻璃＝107兆瑞利，方钠钙玻璃＝13兆瑞利)略有不同，因此可以适当地选择和使用所需的玻璃。

然后，可以使用透明的环氧树脂或硅酮(例如，PDMS)生成第二匹配层(例如，2兆瑞利至6兆瑞利)，并且可以使用聚对二甲苯涂层生成第三匹配层。在这种情况下，可以省略第二匹配层的生成，并且可以使用聚对二甲苯涂层在第一匹配层(例如13)上形成第二匹配层(例如11)。即使在这种情况下，也可以使用由KLM模拟生成的模拟波形来生成期望的匹配层。

在根据该示例的透明超声波传感器111中，作为示例，由硼硅酸盐制成的工程透镜被用作第一匹配层，并且第二匹配层通过聚对二甲苯涂层形成在第一匹配层上，以执行声阻抗匹配以及相对于外部的保护和信号绝缘。

如上所述，该光学透镜不仅可以执行声阻抗匹配的功能，还可以起到凝聚(即聚焦)从压电层生成的超声波信号的作用。

由于透明超声波传感器111主要用于图像采集，所以超声波信号的聚焦是极大地影响高分辨率和高灵敏度的因素。

图14和图15是示出根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备获得的光声图像结果的图。

参照图14，实验是否可以通过将毛发附着至4.0mm的孔并将根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备的导管插入该4.0mm的孔中来获取光声图像。如图所示，通过向前和向后移动和旋转导管获得的3D数据被表示为截面图像、X-Y平面、X-Y平面等。用毛发测量的横向分辨率被确认为282um。

参照图15，实验是否可以通过将叶骨架体模滚动并附着至4.5mm的孔，并将根据本公开内容的实施方式的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备的导管插入该4.0mm的孔中来获取光声图像。如图所示，通过向前和向后移动和旋转导管获得的3D数据被表示为X-Z平面、X-Y平面、X-Y平面等。

在使用不透明超声波传感器的常规超声波光声内窥镜和血管内导管中，很难在有限的空间内定位光纤和超声波传感器两者，并且很难同时同步激光视野和超声波视野。此外，诸如OCT、荧光和红外的各种方法可用于准确诊断血管内疾病(每个系统观察到的情况不同)，但开发有限尺寸的系统非常困难。如上所述，当使用根据本公开内容的透明超声波传感器时，可以最大限度地利用有限的空间，并且易于组合各种光学模块。此外，当使用现有的超声波传感器时，可能对存在于光路上的光学系统的使用存在限制，但是当使用透明超声波传感器时，在任何位置使用光学系统都是自由的。此外，通过与各种类型的通用光学成像装置耦接，透明超声传感器可以提供全面的信息。特别地，对于内窥镜或导管，已经进行了许多研究来组合超声波和光学图像(光声/OCT/荧光/NIRS/NIRF图像等)。然而，由于成像装置需要直接插入体内的管道或血管中，所以成像装置的尺寸非常受限。透明超声波传感器和光学成像装置的组合被优化以将尺寸最小化。

上述本公开内容不通过上述实施方式和附图来限制，而是通过所附权利要求书来限制，并且本领域技术人员可以容易地理解，在不脱离本公开内容的技术精神的情况下，本公开内容的配置可以在该范围内被不同地改变和修改。

Claims (60)

1.一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，包括：

发射光的光纤激光单元；

透明超声波传感器，其被布置在要测量的对象与所述光纤激光单元之间以使从所述光纤激光单元发射的光通过所述透明超声波传感器透射，所述透明超声波传感器与从所述光纤激光单元发射的光同轴对准，向所述对象辐射超声波，并接收所反射的超声波；以及

摄像装置，其通过所述透明超声波传感器获取所述对象的图像。

2.根据权利要求1所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

吸入预设物质的吸入单元；

执行预设医疗功能的多个钳子孔；以及

至少一个喷射水的水喷嘴。

3.根据权利要求1所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

反射器，其将来自所述光纤激光单元的光的路径改变至预设角度。

4.根据权利要求1或3所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：调节来自所述光纤激光单元的光的特性的光学透镜。

5.根据权利要求4所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述光学透镜被设置成多个。

6.根据权利要求1所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述透明超声波传感器包括：

匹配单元，其执行光学阻抗匹配并且由透明材料制成；

压电层，其位于所述匹配单元后面并且由所述透明材料制成；

第一电极层和第二电极层，其各自由位于所述压电层的背面和正面上的透明导电材料制成；

连接至所述第一电极层的第一壳体；以及

连接至所述第二电极层的第二壳体。

7.根据权利要求6所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述匹配单元包括声学透镜。

8.根据权利要求7所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述声学透镜具有凹透镜、凸透镜和平面透镜中任何一种的形状。

9.根据权利要求6所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述匹配单元包含透明玻璃、透明环氧树脂和透明硅酮中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述透明超声波传感器的所述压电层是具有光学透明特性的压电材料。

11.根据权利要求10所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述压电层包含LNO、PMN-PT、PVDF和PVDF-TrFE中的至少一种。

12.根据权利要求6所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述透明超声波传感器的所述第一电极层和所述第二电极层是具有光学透明特性的电极。

13.根据权利要求12所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述第一电极层和所述第二电极层各自包含AgNW、ITO、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

14.根据权利要求6所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述第一电极层和所述第二电极层的尺寸彼此不同。

15.根据权利要求14所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自具有环形形状，所述环形形状的中心具有空的空间。

16.根据权利要求15所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述第一壳体被布置成与所述第一电极层的边缘部分接触，并且所述第二壳体被布置成与所述第二电极层的边缘部分接触。

17.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述压电层、所述第一电极层和所述第一壳体位于所述第二壳体的内部空间中。

18.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述第一壳体和所述第二壳体包含导电物质。

19.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

连接至所述第一壳体的第一信号线和连接至所述第二壳体的第二信号线。

20.根据权利要求15所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

后层，其定位成与所述第一电极层接触并使超声波信号衰减。

21.根据权利要求20所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述后层被所述第一壳体包围。

22.根据权利要求21所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述后层包含透明玻璃或透明环氧树脂。

23.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

绝缘部分，其位于所述第一壳体之间并且由透明绝缘物质制成。

24.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

保护层，其位于所述匹配单元前面并且执行声阻抗匹配。

25.根据权利要求24所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述保护层包含聚对二甲苯。

26.根据权利要求16所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，还包括：

校正透镜，其位于所述匹配层后面，调节穿过所述匹配层的光的焦点，并且由透明材料制成。

27.根据权利要求26所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜探头，其中，所述校正透镜具有凸形。

28.一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备，包括：

根据权利要求1至3以及6至27中任一项所述的探头，所述探头被插入至预先设定的对象中；以及

前端单元，其通过电缆向所述探头提供光输出，并对所述探头获取的图像进行信号处理。

29.根据权利要求28所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备，其中，所述探头还包括调节来自所述光纤激光单元的光的特性的光学透镜。

30.根据权利要求29所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备，其中，所述光学透镜被设置成多个。

31.根据权利要求28所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备，还包括：

操作单元，其通过所述电缆连接至所述探头以控制所述探头的移动，

其中，所述操作单元包括：

旋钮单元，其根据用户的操作控制所述探头的移动；

吸入阀，其控制安装在所述探头中的吸入单元的吸入操作；

空气/水阀，其控制安装在所述探头中的水喷嘴装置的操作；以及

仪器端口，其通过安装在所述探头中的钳子孔控制医疗装置的操作。

32.根据权利要求28所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成内窥镜设备，还包括：

扫描单元，其通过所述电缆连接至所述探头以控制所述探头的扫描操作，

其中，所述扫描单元包括：

电机，其提供转矩以使所述探头旋转；

光纤旋转接头单元，其提供连接至根据所述电机的所述转矩而旋转的所述探头并旋转的光纤激光单元与连接并固定至所述前端单元的光纤激光单元之间的同轴对准；以及

滑环，其提供连接至所述前端单元并固定的信号线与连接在通过所述电机而旋转的所述探头之间并旋转的信号线之间的电连接。

33.一种基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，包括：

插入预先设定的对象中的导管；以及

前端单元，其通过电缆向所述导管提供光输出并对所述导管获取的图像进行信号处理，

其中，所述导管包括：

光纤激光单元，其从所述前端单元发射光；以及

透明超声波传感器，其被布置在要测量的对象与所述光纤激光单元之间以使从所述光纤激光单元发射的光通过所述透明超声波传感器透射，所述透明超声波传感器与从所述光纤激光单元发射的光同轴对准，向所述对象辐射超声波，并接收所反射的超声波并将所接收的反射超声波传输至所述前端单元。

34.根据权利要求33所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

反射器，其将来自所述光纤激光单元的光的路径改变至预设角度。

35.根据权利要求33或34所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述导管还包括调节来自所述光纤激光单元的光的特性的光学透镜。

36.根据权利要求35所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述光学透镜被设置成多个。

37.根据权利要求33所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述透明超声波传感器包括：

匹配单元，其执行光学阻抗匹配并且由透明材料制成；

压电层，其位于所述匹配单元后面并且由所述透明材料制成；

第一电极层和第二电极层，其各自由位于所述压电层的背面和正面上的透明导电材料制成；

连接至所述第一电极层的第一壳体；以及

连接至所述第二电极层的第二壳体。

38.根据权利要求37所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述匹配单元包括声学透镜。

39.根据权利要求38所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述声学透镜具有凹透镜、凸透镜和平面透镜中任何一种的形状。

40.根据权利要求37所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述匹配单元包含透明玻璃、透明环氧树脂和透明硅酮中的至少一种。

41.根据权利要求37所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述透明超声波传感器的所述压电层是具有光学透明特性的压电材料。

42.根据权利要求41所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述压电层包含LNO、PMN-PT、PVDF和PVDF-TrFE中的至少一种。

43.根据权利要求37所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述透明超声波传感器的所述第一电极层和所述第二电极层是具有光学透明特性的电极。

44.根据权利要求43所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述第一电极层和所述第二电极层各自包含AgNW、ITO、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

45.根据权利要求37所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述第一电极层和所述第二电极层的尺寸彼此不同。

46.根据权利要求45所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自具有环形形状，所述环形形状的中心具有空的空间。

47.根据权利要求46所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述第一壳体被布置成与所述第一电极层的边缘部分接触，并且所述第二壳体被布置成与所述第二电极层的边缘部分接触。

48.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述压电层、所述第一电极层和所述第一壳体位于所述第二壳体的内部空间中。

49.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述第一壳体和所述第二壳体包含导电物质。

50.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

连接至所述第一壳体的第一信号线和连接至所述第二壳体的第二信号线。

51.根据权利要求46所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

后层，其定位成与所述第一电极层接触并使超声波信号衰减。

52.根据权利要求51所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述后层被所述第一壳体包围。

53.根据权利要求52所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述后层包含透明玻璃或透明环氧树脂。

54.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

绝缘部分，其位于所述第一壳体之间并且由透明绝缘物质制成。

55.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

保护层，其位于所述匹配单元前面并执行声阻抗匹配。

56.根据权利要求55所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述保护层包含聚对二甲苯。

57.根据权利要求47所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

校正透镜，其位于所述匹配层后面，调节穿过所述匹配层的光的焦点，并且由透明材料制成。

58.根据权利要求57所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，其中，所述校正透镜具有凸形。

59.根据权利要求33所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

操作单元，其通过所述电缆连接至所述导管并控制所述导管的移动，

其中，所述操作单元包括：

旋钮单元，其根据用户的操作控制所述导管的移动；

吸入阀，其控制安装在所述导管中的吸入单元的吸入操作；

空气/水阀，其控制安装在所述导管中的水喷嘴装置的操作；以及

仪器端口，其通过安装在所述探头中的钳子孔控制医疗装置的操作。

60.根据权利要求33所述的基于透明超声波传感器的光学超声波集成导管设备，还包括：

扫描单元，其通过所述电缆连接至所述导管以控制所述导管的扫描操作，

其中，所述扫描单元包括：

电机，其提供转矩以使所述导管旋转；

光纤旋转接头单元，其提供连接至根据所述电机的所述转矩而旋转的所述导管并旋转的光纤激光单元与连接并固定至所述前端单元的光纤激光单元之间的同轴对准；以及

滑环，其提供连接至所述前端单元并固定的信号线与连接在通过所述电机而旋转的所述导管之间并旋转的信号线之间的电连接。