CN215738807U - 实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头及其系统，该内窥镜同位成像探头包括前端护套、弹簧管和外鞘管，所述前端护套、弹簧管位于外鞘管内，所述前端护套与弹簧管的一端连接，所述弹簧管的另一端与驱动机构连接；所述前端护套内设有超声换能器和光纤球透镜，所述超声换能器、光纤球透镜紧邻并排排列，且超声换能器的超声探测方向和光纤球透镜的出光方向位于探头的同一侧，朝同一目标区域。采用本实用新型的技术方案，给同一位点的超声和OCT双模态同时扫描成像提供了硬件基础，由于其同位同时进行，所以在后续的系统的双模融合中，可以将两幅图像直接进行叠加合成，兼具近场分辨率和远场成像深度的效果。

Description

实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头及其系统

技术领域

本实用新型涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头及其系统。

背景技术

经内镜超声小探头在消化道的癌变识别和癌变分期中发挥了巨大的作用，但是由于其有限的分辨率，即使是20MHz的超声，通常也很难在更早期对癌变进行识别诊断。相干光断层扫描，由于其具有微米级的光学分辨率，通常被认为其具有“光学活检”的潜力，能对消化道组织表面进行分辨率更高的成像，从而提高了对于消化道早期病变的识别和诊断能力。

如果对这两种成像模态进行融合，使用一根小探头就能实现对身体中的管腔例如消化道、胰胆管等实现超声和OCT的同时探测。现有公开的中国专利200410019746.3中使用马达将光学棱镜旋转的方式，该方法使用柔性软轴将置于后方的马达的转动扭矩传输到前端，带动光纤探头和超声换能器转动，但是该专利中的装置和方法很难实现对于组织同一部位的同时扫描，难以直接进行两种图像的融合，都需要进行图像配准，这样就会造成额外的负担，计算量大，影响速度。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头及其系统，可以实现对同一位点进行两个成像模态的同时扫描，给后续的图案融合提供了更好的基础。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其包括前端护套、弹簧管和外鞘管，所述前端护套、弹簧管位于外鞘管内，所述前端护套与弹簧管的一端连接，所述弹簧管的另一端与驱动机构连接；

所述前端护套内设有超声换能器和光纤球透镜，所述超声换能器、光纤球透镜紧邻设置，且超声换能器的超声探测方向和光纤球透镜的出光方向位于探头的同一侧，朝向同一目标区域；所述光纤球透镜为一体化光纤球透镜。

采用此技术方案，通过将超声探测方向和OCT光纤球透镜的出光方向置于同一侧，这样通过调整光纤球透镜的出光角度和换能器安装角度，统一其出光和发射声波角度，能够实现对同一位点的扫描，能够从硬件上实现对两种成像模态的配准，实现两种图像的精准融合。

作为本实用新型的进一步改进，所述实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头包括光纤、射频信号线，所述超声换能器连接射频信号线，所述光纤球透镜连接光纤，所述光纤、射频信号线从弹簧管内穿出。

作为本实用新型的进一步改进，所述外鞘管为封闭结构，所述外鞘管内填充有超声耦合剂或造影剂。采用此技术方案，填充超声耦合剂，可以使得超声的效果更佳；填充造影剂可以使得该成像导管在X光下显影，为ERCP手术和相关检查提供便利。

作为本实用新型的进一步改进，所述外鞘管的末端设有开口，所述外鞘管靠近驱动机构的一端设有三通接头，所述三通接头包括液体注入口。采用此技术方案，可以通过液体注入口也就是第三端口往外鞘管的管腔内部注射液体，液体可以是耦合剂也可以是无菌水或者生理盐水，可以使探头具有多种功能。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声换能器的表面积为光纤球透镜的表面积的二十倍以上。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声换能器、光纤球透镜沿轴向紧邻并排设置，所述光纤球透镜位于靠近弹簧管的一侧，所述超声换能器的安装方向与外鞘管的径向方向呈5-15度的夹角，所述光纤球透镜的法向方向与外鞘管的径向方向呈8-12度倾斜。采用此技术方案，可以使得光纤球透镜的出光方向与超声换能器的探测方向形同，且朝着同一目标区域，便于实现对于组织同一部位的同时扫描。

作为本实用新型的进一步改进，所述前端护套的内壁设有凸台，所述凸台的表面为斜面，所述超声换能器固定在凸台的表面。进一步的 ，所述凸台的表面与外鞘管的轴向呈5-15度的夹角，这样超声换能器的安装方向也就是凸台的表面的垂直面与外鞘管的径向方向的夹角为5-15度，方便固定超声换能器，而且安装简单。

作为本实用新型的进一步改进，所述光纤球透镜位于超声换能器的表面，所述光纤球透镜通过粘结剂与超声换能器的表面连接。采用此技术方案，因为所述超声换能器为20M及以下的换能器，尺寸远远大于光纤球透镜，当将光纤球透镜位于超声换能器的表面时，并不会影响换能器的成像。但对于现有的血管用的双模探头而言，如果采用此种结构，因为采用的超声换能器的尺寸很小，与光纤球透镜的尺寸接近，如果将光纤球探头放在超声换能器的表面，就会影响超声换能器的成像。对于此类血管用的双模探头，就可以采用紧邻排列、前后排列或背靠背的方式。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声换能器沿轴向固定在前端护套上，所述光纤球透镜位于超声换能器的表面靠近弹簧管的一侧，也就是远离超声换能器中心点位置。

作为本实用新型的进一步改进，所述光纤球透镜的直径为不大于超声换能器表面长度的1/10。采用此技术方案，光纤球透镜的直径很小，其只占超声换能器的表面面积的不到5%，而且光纤球透镜的厚度为其直径的一半，这样光纤球透镜会处于超声换能器的表面的视野盲区，所以不会影响超声换能器的成像。

进一步的，所述超声换能器的表面尺寸为2.5*1.5mm，所述光纤球透镜直径为200um左右，所述光纤球透镜和超声换能器重合部分的长度为300um左右。

本实用新型还公开了一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像系统，其包括如上所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头。

作为本实用新型的进一步改进，该系统包括扫频光源、光纤耦合器、环形器、驱动器、超声激励源；所述驱动器内设有光电滑环和电机；

所述扫频光源发出的激光通过光纤耦合器、环形器被分为两路，分别与第一路光纤和第二路光纤连接，所述第一路光纤通过光电滑环、光纤连接至光纤球透镜，所述驱动器同时连接超声激励源，所述超声激励源与超声换能器连接；

所述电机与弹簧管连接，驱动弹簧管转动，从而带动护套及其中的光纤球透镜和超声换能器同步转动；

所述第一路光纤和第二路光纤通过环形器与平衡探测器连接，所述平衡探测器与模数转换器连接，所述超声换能器与第二模数转换器连接，所述模数转换器、第二模数转换器与主机连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述主机包括超声信号发生单元、信号采集单元和图像处理单元，所述超声信号发生单元与驱动器连接；所述信号采集单元与模数转换器、第二模数转换器电连接；所述信号采集单元与图像处理单元器电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型的技术方案，给同一位点的超声和 OCT双模态同时扫描成像提供了硬件基础，由于其同位同时进行，所以在后续的系统的双模融合中，可以将两幅图像直接进行叠加合成，兼具近场分辨率和远场成像深度的效果；而且组装工艺简单。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头的结构示意图。

图2是本实用新型实施例2的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头的结构示意图。

图3是本实用新型实施例3的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像系统的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头的使用场景图。

图5是本实用新型实施例3得到的成像图样和合成图样，其中A为超声EUS图像；B为OCT图像；C为EUS+OCT融合图样。

附图标记包括：

1-前端护套，2-超声换能器，3-光纤球透镜，4-弹簧管，5-光纤，6-射频信号线，7-外鞘管，8-驱动器，9-主机，10-显示器，11-内镜，12-控制手柄，13-器械通道，14-检查部位，15-光电滑环，16-电机，17-超声激励源，18-扫频光源，19-光纤耦合器，20-环形器，21-平衡探测器，22-模数转换器，23-第二模数转换器，24-凸台。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其包括前端护套1、弹簧管4、光纤5、射频信号线6和外鞘管7，所述前端护套1、弹簧管4位于外鞘管7内，所述前端护套1与弹簧管4的一端连接，所述弹簧管4的另一端与驱动机构连接；所述前端护套1内设有超声换能器2和光纤球透镜3，所述超声换能器2、光纤球透镜3紧邻设置，且超声换能器2的超声探测方向和光纤球透镜3的出光方向位于探头的同一侧，且朝同一目标区域。可以通过调整光纤球透镜3的制作参数，使得出光方向靠近超声的声信号反向，同时可以调整换能器的安装角度进一步保证探测的同位性。所述超声换能器2连接射频信号线6，所述光纤球透镜3连接光纤5，所述光纤5、射频信号线6从弹簧管4内穿出。所述光纤球透镜3为一体化光纤球透镜。

具体而言，本实施例中，所述超声换能器2为20MHz及以下的超声换能器，所述超声换能器2、光纤球透镜3沿轴向紧邻并排设置，所述光纤球透镜3位于靠近弹簧管4的一侧，所述超声换能器2的安装方向与外鞘管7的径向方向呈5-15度的夹角，所述光纤球透镜3的法向方向与外鞘管8的径向方向呈8-12度倾斜。所述前端护套1的内壁设有凸台24，所述凸台24的表面为斜面，所述超声换能器2的一端固定在凸台24的表面。

外鞘管7用于保护整个成像内核，可以是开口的，也可以是封闭的。

作为一种优选的实施方式，所述外鞘管7为封闭结构，可以在管腔内注入超声耦合剂，优选地也可以选用造影剂，提供射线下的可见性。采用此技术方案，选择造影剂可以使得该成像导管在X光下显影，为ERCP手术和相关检查提供便利。

作为另一种优选的实施方式，所述外鞘管7的末端设有开口，所述外鞘管7靠近驱动机构的一端设有三通接头，所述三通接头包括液体注入口。采用此技术方案，可以通过液体注入口也就是第三端口往外鞘管7的管腔内部注射液体，液体可以是耦合剂也可以是无菌水或者生理盐水，可以使探头具有多种功能。

采用本实施例的技术方案在成像过程中，在驱动机构的驱动下，弹簧管4将带动护套转动，使得光纤球透镜3和超声换能器2同步转动，从而实现对管腔组织的扫描成像。该方案创新性地使用一体化光纤球透镜3，能极大减少装配难度，同时通过将超声探测方向和光纤球透镜3的出光方向置于同一侧 ，通过调整光纤球透镜3的出光角度和换能器安装角度，能够从硬件上实现对两种成像模态的配准，实现两种图像的精准融合。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例与实施例1的不同在于，所述光纤球透镜3位于超声换能器2的表面，所述光纤球透镜3通过粘结剂与超声换能器2的表面固定连接。具体而言，所述超声换能器2沿轴向固定在前端护套1上，所述光纤球透镜3位于超声换能器2的表面靠近弹簧管4的一侧。进一步优选的，超声换能器2的表面尺寸是2.5*1.5mm，光纤球透镜3的直径为200um，光纤球透镜3与超声换能器的表面重合部分的长度为300um左右，也就是光纤球透镜3位于超声换能器的表面的部分的长度为300um左右。光纤球透镜3高度很小，位于超声换能器2的表面的视野盲区，光纤球透镜3挡住超声球透镜2的部位不到百分之五，不会影响超声换能器2的成像。

实施例3

如图3所示，一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像系统，其包括如上所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头、包括扫频光源18、光纤耦合器19、环形器20、驱动器8、超声激励源17；所述驱动器8内设有光电滑环15和电机16；

所述扫频光源18发出的激光通过光纤耦合器19、环形器20被分为两路，分别与第一路光纤和第二路光纤连接，所述第一路光纤通过光电滑环15、光纤5连接至光纤球透镜3，所述驱动器8同时连接超声激励源17，所述超声激励源17与超声换能器2连接；

所述电机16与弹簧管4连接，驱动弹簧管4转动，从而带动护套及其中的光纤球透镜3和超声换能器2同步转动；

所述第一路光纤和第二路光纤通过环形器20与平衡探测器21连接，所述平衡探测器21与模数转换器22连接，所述超声换能器2与第二模数转换器23连接，所述模数转换器22、第二模数转换器23与主机9连接。

所述主机9包括超声信号发生单元、信号采集单元和图像处理单元，所述超声信号发生单元与驱动器8连接；所述信号采集单元与模数转换器22、第二模数转换器23电连接；所述信号采集单元与图像处理单元器电连接。

该实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头的使用场景如图4所示：

a)使用时，需要配合内镜11使用，通过内镜11的器械通道13，到达检查部位14，通过调节内镜11前端控制手柄12，可以控制探头的位置和角度。

b)驱动器8带动探头实现环扫，并与主机9相连。

c)主机9中含有超声信号发生单元和信号采集单元，以及OCT相关的图像单元；主机9与显示器10相连，能够直接显示消化道组织的横断截面图。

此技术方案中，超声换能器2和光纤5透镜同时发射信号，并同时接收从生物组织中返回来的信号，实现超声和 OCT双模态同时成像，分别获得超声（EUS）和相干光断层扫描图（OCT），由于其同位同时行，我们可以将两幅图像叠加，在深度浅的位置给予OCT图像高的权重，合成图像，兼具近场分辨率和远场成像深度。

具体而言，在OCT的成像过程中，从生物组织返回的光和从第二路光纤的参考光发生干涉，通过平衡探测器21转化成电信号，再通过模数转换器22采样从而转化为数字信号。图像处理单元会将此数字信号最终转化为对应的生物组织的图像显示在显示器10上，如图5中的B所示。在超声的成像过程中，超声换能器2将其接收到的声信号转换为电信号，通过第二模数转换器23将其转换成数字信号，图像处理单元会将此数字信号最终转化为对应的生物组织的灰度图后者伪彩图显示在显示器10上，如图5中的A所示。

进一步地，图像处理单元可以将超声图像（图4中的A图）和OCT图像（如图5中的B图）进行进一步融合，在深度浅的近场主要使用OCT图像，在深度大的远场使用超声图像进行合成，形成图像如图5中的C图。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：其包括前端护套、弹簧管和外鞘管，所述前端护套、弹簧管位于外鞘管内，所述前端护套与弹簧管的一端连接，所述弹簧管的另一端与驱动机构连接；

所述前端护套内设有超声换能器和光纤球透镜，所述超声换能器、光纤球透镜紧邻设置，且超声换能器的超声探测方向和光纤球透镜的出光方向位于探头的同一侧，朝向同一目标区域；所述光纤球透镜为一体化光纤球透镜。

2.根据权利要求1所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：其包括光纤、射频信号线，所述超声换能器连接射频信号线，所述光纤球透镜连接光纤，所述光纤、射频信号线从弹簧管内穿出。

3.根据权利要求2所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述外鞘管为封闭结构，所述外鞘管内填充有超声耦合剂或造影剂。

4.根据权利要求2所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述外鞘管的末端设有开口，所述外鞘管靠近驱动机构的一端设有三通接头，所述三通接头包括液体注入口。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述超声换能器、光纤球透镜沿轴向紧邻并排设置，所述光纤球透镜位于靠近弹簧管的一侧，所述超声换能器的安装方向与外鞘管的径向方向呈5-15度的夹角，所述光纤球透镜的法向方向与外鞘管的径向方向呈8-12度倾斜。

6.根据权利要求5所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述前端护套的内壁设有凸台，所述凸台的表面为斜面，所述超声换能器固定在凸台的表面。

7.根据权利要求1~4任意一项所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述超声换能器的表面积为光纤球透镜的表面积的二十倍以上，所述光纤球透镜位于超声换能器的表面，所述光纤球透镜通过粘结剂与超声换能器的表面连接。

8.根据权利要求7所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头，其特征在于：所述超声换能器沿轴向固定在前端护套上，所述光纤球透镜位于超声换能器的表面靠近弹簧管的一侧。

9.一种实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像系统，其特征在于：其包括如权利要求1~8任意一项所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像探头。

10.根据权利要求9所述的实现超声和相干光断层的内窥镜同位成像系统，其特征在于：其包括扫频光源、光纤耦合器、环形器、驱动器、超声激励源；所述驱动器内设有光电滑环和电机；

所述扫频光源发出的激光通过光纤耦合器、环形器被分为两路，分别与第一路光纤和第二路光纤连接，所述第一路光纤通过光电滑环、光纤连接至光纤球透镜，所述驱动器同时连接超声激励源，所述超声激励源与超声换能器连接；

所述电机与弹簧管连接，驱动弹簧管转动，从而带动护套及其中的光纤球透镜和超声换能器同步转动；

所述第一路光纤和第二路光纤通过环形器与平衡探测器连接，所述平衡探测器与模数转换器连接，所述超声换能器与第二模数转换器连接，所述模数转换器、第二模数转换器与主机连接；所述主机包括超声信号发生单元、信号采集单元和图像处理单元，所述超声信号发生单元与驱动器连接；所述信号采集单元与模数转换器、第二模数转换器电连接；所述信号采集单元与图像处理单元器电连接。

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