CN219166385U - 一种手持三维浅表扫描探头以及光声成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种手持三维浅表扫描探头以及光声成像系统，包括：探头外罩、激光发生组件和少阵元换能器；其中，所述探头外罩具有手持端和检测端，所述检测端用于接触待成像区域；所述激光发生组件具有激光发射端，所述激光发射端能够向所述检测端处出射用于激发光声信号的第一光束；所述少阵元换能器设置于所述探头外罩内部，少阵元换能器用于接收所述第一光束作用于所述待成像区域产生的光声信号。本申请利用相对简单的扫描探头结构，能够实现对血管三维成像，避免了利用CT设备或二维面阵换能器进行三维成像成本高、工艺要求高的问题。此外，本申请所提供的扫描探头还具有轻量灵活的特性，可适用于多种场景的使用。

Description

一种手持三维浅表扫描探头以及光声成像系统

技术领域

本公开一般涉及光声成像技术领域，具体涉及一种手持三维浅表扫描探头以及光声成像系统。

背景技术

光声成像是近年来最有前景的成像模态，其绕过了光信号无法从深层组织传出的问题，利用声波将信号从深层组织传出，这种方法无辐射、无创、无侵入，且结合了光学成像空间分辨率高和声学成像穿透深度深的特点。当我们用一束短脉冲激光照射组织时，组织会吸收该能量，并经历一个快速热弛豫膨胀产生超声波，称为光声信号，该信号包含了组织的吸收分布。使用超声换能器接收该超声信号就可以通过一定的算法呈现所需要的信息。

CT血管三维成像检查是一种比较常见的检查血管疾病的方法。如头部血管CTA检查有助于判断头部血管畸形、动脉瘤、狭窄和斑块，冠状动脉CTA检查可以清楚地看到冠状动脉是否有斑块、狭窄和阻塞，还包括冠状动脉是否有发育畸形。但是CT设备价格昂贵，且该设备需要安装在特殊房间，导致血管三维成像价格高昂，所以应用于光声成像的探头结构应运而生，例如中国专利文献公开了一种光声信号采集装置以及光声成像系统[申请号：CN112716448A]特征是利用多个呈第一弧形阵列设置的超声换能器，接收所述激光作用于所述待检测目标产生的光声信号随后进行光声信号处理完成三维成像，但多个超声换能器在探头成本上仍然过高，为此，我们结合光声成像的原理提供一种手持三维浅表扫描探头的用以解决上述问题。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种成本低、灵活以及成像清晰的手持三维浅表扫描探头以及光声成像系统。

本申请提供一种手持三维浅表扫描探头，包括：

探头外罩，所述探头外罩具有手持端和检测端，所述检测端用于接触待成像区域；

激光发生组件，所述激光发生组件具有激光发射端，所述激光发射端能够向所述检测端处出射第一光束；

少阵元换能器，所述少阵元换能器设置于所述探头外罩内部；所述少阵元换能器用于接收所述第一光束作用于所述待成像区域产生的光声信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述探头外罩包括流体腔室和第一进光口；

所述流体腔室位于所述少阵元换能器下部，且所述流体腔室内部设有耦合液；

所述第一进光口位于靠近所述检测端的所述探头外罩侧壁处，所述第一进光口用于传输第一光束。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述激光发生组件包括：

激光器，所述激光器用于发射第一光束；

光纤束，所述光纤束插设于所述第一进光口处，所述光纤束用于接收第一光束，并将所述第一光束经由所述第一进光口传输至所述检测端，以使所述第一光束能够出射至所述待成像区域。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一进光口处设置有光束调整件，所述光束调整件用于使得出射至所述检测端的第一光束的光照均匀。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括传动装置，所述传动装置用于带动所述少阵元换能器移动；

所述传动装置包括：电机和与所述电机的驱动端传动连接的移动部；

所述电机设置于所述探头外罩外侧壁处；

所述移动部远离所述电机的一端与所述少阵元换能器连接，以使得所述少阵元换能器能够沿第一方向作往复移动。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述移动部包括第一齿轮和与所述第一齿轮啮合设置的第一齿条；

所述第一齿轮与所述电机的驱动端传动连接；

所述第一齿条通过支撑架与所述少阵元换能器相连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述流体腔室包括密封膜，所述密封膜用于防止耦合液泄露。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述密封膜的材质为PDMS、PET或其他透明薄膜。

第二方面，一种光声成像系统，应用有上述的一种手持三维浅表扫描探头，还包括：控制单元与处理单元；所述控制单元用于向所述电机发送控制信号；所述处理单元用于采集少阵元换能器接收的光声信号，并，计算得到所述待成像区域的三维光声图像。

综上所述，本技术方案具体地公开了一种手持三维浅表扫描探头，包括：探头外罩、激光发生组件和少阵元换能器；其中，所述探头外罩具有手持端和检测端，所述检测端用于接触待成像区域；激光发生组件具有激光发射端，所述激光发射端能够向所述检测端处出射第一光束；少阵元换能器设置于所述探头外罩内部，且其用于接收所述第一光束作用于所述待成像区域产生的光声信号。

本申请利用激光发生组件发射第一光束，而后第一光束出射至检测端，又由于检测端与待成像区域(人体皮肤)接触，所以第一光束能够通过照射人体组织，从而使得组织在吸收该能量后，并经历一个快速热弛豫膨胀产生超声波，即为光声信号；此时，少阵元换能器便可接收到该光声信号，配合处理器完成后续的三维成像处理。综上可见，本申请所提供的扫描探头结构简单，以相对较低的换能器成本来进行血管三维成像，同时还利用探头外罩很好的限制了成像视场，同时进一步地降低光源了的成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种手持三维浅表扫描探头的结构示意图。

图2为实施例2所提供的一种手持三维浅表扫描探头的结构示意图。

图中标号：1、少阵元换能器；2、移动部；21、第一齿轮；22、第一齿条；3、密封膜；4、电机；5、第一进光口；6、探头外罩；61、手持端；62、检测端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

请参考图1所示的本实施例提供的一种手持三维浅表扫描探头的结构示意图，包括：

探头外罩6，探头外罩6具有手持端61和检测端62，检测端62用于接触待成像区域；

激光发生组件，激光发生组件具有激光发射端，激光发射端能够向检测端62处出射第一光束；

少阵元换能器1，少阵元换能器1设置于探头外罩6内部；少阵元换能器1用于接收第一光束作用于待成像区域产生的光声信号。

本申请所提供的扫描探头采用的光声成像原理为：当我们用一束短脉冲激光照射组织时，组织会吸收该能量(物质对光的吸收特性)，并经历一个快速热弛豫膨胀产生超声波，称为光声信号，该信号包含了组织的吸收分布。使用超声换能器接收该超声信号就可以通过一定的算法呈现所需要的信息。

在实际的应用中，例如CT血管三维成像检查是一种比较常见的检查血管疾病的方法。但是CT设备价格昂贵，且该设备需要安装在特殊房间，导致血管三维成像价格高昂，而本申请所提供的一种手持三维浅表扫描探头同样能够应用于CT血管三维成像检查中，但成本却低很多，且不需要特殊的安装环境，使用便捷。

具体地，在本实施例中，探头外罩6具有手持端61和检测端62，所述检测端62用于接触待成像区域，此处，待成像区域可理解为人体需要扫描的组织；探头外罩6可对成像视场进行一定限制，进一步减少光源能量的过渡浪费，同时，探头外罩6还具有手持端61和检测端62，手持端61能够使得扫描探头在技术人员的操作下可以灵活的移动，采集多处所需信息，而检测端62则是与人体皮肤组织接触的一端，检测端62所覆盖的区域即为待成像区域。

激光发生组件为主要的提供光源的组件，由于激光具有安全、非侵入以及低成本等特性，所以会利用激光作为第一光束获取光声信号。若以降低成本为主，还可使用LED或者LD作为光源，还可以减小系统体积。

少阵元换能器1作为接收光声信号的接收端，其设置于探头外罩6内部；在实际应用过程中，由于二维面阵换能器的制作工艺要求高，价格较高，同时少阵元超声换能器的类型包括聚焦或者非聚焦，一般为8阵元或者16阵元线性阵列，优选地，少阵元超声换能器选用非聚焦探头，从而缩小阵元厚度，而8阵元或者16阵元线性阵列选取可根据实际的情况进行调整。

具体地，少阵元换能器1在扫描探头中的作用为接收第一光束(激光)作用于待检测区域产生的光声信号，随后少阵元换能器1会将接收的光声信号转换成电信号进行进一步传送处理后得到待检测区域的三维图像。

如图1所示，探头外罩6包括流体腔室和第一进光口5；

流体腔室位于少阵元换能器1下部，且流体腔室内部设有耦合液；可选地，耦合液为重水、水或者凝胶；具体地，耦合液具有如下作用：由于耦合液充满检测端62内部并且没过少阵元换能器1的信号接收端，所以耦合液可以排出检测端62内部的空气，消除空气对接收光声信号的影响，还可以降低探头的检测端62与待成像区域(探测部位)之间的声阻抗差，从而减少光声信号从探测部位传到少阵元换能器1这一过程中的能量损失，进而增强光声信号强度，提高光声成像质量。

第一进光口5位于靠近检测端的探头外罩6侧壁处，第一进光口5用于传输第一光束，检测端62为成像视场，所以第一光束需要进入到探头外罩6内部，随后再通过检测端62对范围内的组织进行照射，产生相应组织的光声信号。

具体地，所述激光发生组件包括：

激光器，激光器用于发射第一光束；激光器的类型可选用固体激光器或者半导体激光器等；

光纤束，光纤束插设于第一进光口5处，光纤束用于接收并传递第一光束，将第一光束经由第一进光口5传输至检测端62，以使第一光束能够由检测端62出射至待成像区域，对待成像区域进行照射，使其产生光声信号。

进一步地，第一进光口5处设置有光束调整件(主要是设置在第一光束的出射光路上，也可近似理解在第一进光口5相邻处)，光束调整件用于使得出射至所述检测端62的第一光束的光照均匀，可选地，光束调整件的类型为散射片或者微透镜阵列；

如图1所示，本申请所提供的探头还包括传动装置，传动装置用于带动少阵元换能器1移动，便于对待成像区域进行三维成像扫描；在实际的应用中，使用电机4带动少阵元换能器1进行三维成像，能够对浅表血管网有良好的展示，适用于很多应用场景。相较于现有技术，例如中国专利文献公开了一种光声信号采集装置以及光声成像系统[申请号：CN112716448A]可通过传动装置带动少阵元换能器1进行移动，无需设置多个换能器，大大降低了成本。

具体地，传动装置包括：电机4和与电机4的驱动端传动连接的移动部2；

电机4设置于探头外罩6外侧壁处，电机4为驱动装置，为主要驱动少阵元换能器1移动的动力端；

移动部远离电机4的一端与少阵元换能器1连接，以使得少阵元换能器1能够沿第一方向作往复移动，此处，第一方向为水平方向；

进一步地，移动部2包括第一齿轮21和与第一齿轮21啮合设置的第一齿条22；

第一齿轮21与电机4的驱动端传动连接；

第一齿条22通过支撑架与少阵元换能器1相连接，相应地，探头外罩6的侧壁会开设与第一齿条22向配合的供其移动的开口。

上述传动关系具体为：当电机启动后，电机的驱动端能够带动第一齿轮21转动，此时，由于第一齿条22与第一齿轮21啮合设置，所以第一齿轮21便可带动第一齿条22进行沿第一方向的往复移动，又因为第一齿条22通过支撑架与少阵元换能器1相连接，相应地，便可实现电机4-第一齿轮21-第一齿条22-少阵元换能器1的多级传动关系。

需要注意的是，传动装置具有多种形态，并不限制于齿轮齿条的组合形式，还可以为丝杠或者传动带的形式，主要以能够带动少阵元换能器1进行移动为主。

具体地，所述流体腔室包括密封膜3，所述密封膜3用于防止耦合液泄露；结合上述“由于耦合液充满检测端62内部并且没过少阵元换能器1的信号接收端”的内容，故需要密封膜3封住整个检测端62，保证耦合液不会泄露。优选地，在实际的使用过程中，可以在检测端62的部位表面涂抹少许耦合液。

同时密封膜3的材质为PDMS、PET或其他透明薄膜。优选地，密封膜3可使用PDMS膜，因其具有光透过率高，声透过率良好，有弹性，不容易产褶皱等特性；其中，光透过率高可保证第一光束的大部分能量能够传入探测部位，产生更多更强的光声信号，声透过率良好使得大部分的光声信号被少阵元换能器1所接收。

实施例2

在实施例1的基础上，探头外罩6外罩在外形上进行进一步地设计，将手持端61设计为圆柱形的结构，其侧壁开设的供齿条移动的开口便可设计为弧形，为少阵元换能器1提供新的移动方式，对探测部位进行旋转扫描，提高探测区域中心部位的成像分辨率。

实施例3

一种光声成像系统，应用有实施例1所述的一种手持三维浅表扫描探头，还包括：控制单元与处理单元；控制单元用于向电机4发送控制信号；处理单元用于采集少阵元换能器1接收的光声信号，并，计算得到待成像区域的三维光声图像。

具体地，当第一光束(激光)通过光纤束由第一进光口2照射进待成像区域，待成像区域受到激光照射之后发出超声波，也就是光声信号；光声信号在检测端62处被少阵元换能器1接收，随后将接收到的信号数据(声波强度数值)传输到电脑处理单元；在上述检查过程中，控制单元能够向电机4发送控制指令运，使得少阵元换能器1移动到下一个位置，然后经过多次重复上述过程，获得该位置完整的光声信号；最后处理单元将获得的所有光声信号的数据可利用延时叠加算法进行计算，得到扫描区域的三维光声图像。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，包括：

探头外罩(6)，所述探头外罩(6)具有手持端(61)和检测端(62)，所述检测端(62)用于接触待成像区域；

激光发生组件，所述激光发生组件具有激光发射端，所述激光发射端能够向所述检测端(62)处出射第一光束；

少阵元换能器(1)，所述少阵元换能器(1)设置于所述探头外罩(6)内部；所述少阵元换能器(1)用于接收所述第一光束作用于所述待成像区域产生的光声信号。

2.根据权利要求1所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述探头外罩(6)包括流体腔室和第一进光口(5)；

所述流体腔室位于所述少阵元换能器(1)下部，且所述流体腔室内部设有耦合液；

所述第一进光口(5)位于靠近所述检测端的所述探头外罩(6)侧壁处，所述第一进光口(5)用于传输第一光束。

3.根据权利要求2所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述激光发生组件包括：

激光器，所述激光器用于发射第一光束；

光纤束，所述光纤束插设于所述第一进光口(5)处，所述光纤束用于接收第一光束，并将所述第一光束经由所述第一进光口(5)传输至所述检测端(62)，以使所述第一光束能够出射至所述待成像区域。

4.根据权利要求3所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述第一进光口(5)处设置有光束调整件，所述光束调整件用于使得出射至所述检测端的第一光束的光照均匀。

5.根据权利要求2或3所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，还包括传动装置，所述传动装置用于带动所述少阵元换能器(1)移动；

所述传动装置包括：电机(4)和与所述电机(4)的驱动端传动连接的移动部(2)；

所述电机(4)设置于所述探头外罩(6)外侧壁处；

所述移动部远离所述电机(4)的一端与所述少阵元换能器(1)连接，以使得所述少阵元换能器(1)能够沿第一方向作往复移动。

6.根据权利要求5所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述移动部(2)包括第一齿轮(21)和与所述第一齿轮(21)啮合设置的第一齿条(22)；

所述第一齿轮(21)与所述电机(4)的驱动端传动连接；

所述第一齿条(22)通过支撑架与所述少阵元换能器(1)相连接。

7.根据权利要求6所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述流体腔室包括密封膜(3)，所述密封膜(3)用于防止耦合液泄露。

8.根据权利要求7所述的一种手持三维浅表扫描探头，其特征在于，所述密封膜(3)的材质为PDMS、PET或其他透明薄膜。

9.一种光声成像系统，其特征在于，应用有权利要求1-8任一项所述的一种手持三维浅表扫描探头，还包括：控制单元与处理单元；所述控制单元用于向所述电机(4)发送控制信号；所述处理单元用于采集少阵元换能器(1)接收的光声信号，并，计算得到所述待成像区域的三维光声图像。

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