检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置的制作方法

本发明涉及内窥镜技术领域，特别涉及一种检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置。

背景技术：

光声成像是近年来国际上新兴的一种无损、在体生物医学成像方法。由于其融合了光学和超声两种成像模式的优点，兼具光学成像的高对比度和超声对深组织成像的高空间分辨率，已成为目前发展最快的生物医学成像技术之一。光声成像基本原理是通过探测生物组织吸收脉冲激光后，因瞬时热膨胀而产生的超声信号，反演组织体内光能量的沉积。而利用光学吸收对比度的光声内窥成像，同时能够对生物组织的形态结构、化学成分以及生理功能信息进行三维成像，对早期诊断心血管病和恶性肿瘤等疾病有极其重大的意义和临床价值。

以光声内窥探头为例，在光声内窥成像系统中，光声内窥探头作为成像系统中关键器件，对系统的成像性能具有重要影响。光声内窥探头的光场和声场在探测区域的耦合效率，对于光声内窥探头的成像性能具有重要影响。比如：工作距离，光声最佳重叠区域以及系统的信噪比等。而光声内窥探头的光束角度以及声场角度误差直接影响内窥探头的光和声耦合效率。因此，亟需开发一种对内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差进行有效测试的方案。

技术实现要素：

针对光声内窥镜装配过程中存在的光发射角度与超声换能器的声束接收面之前存在偏差,造成光束与声束重叠区域减小,从而影响内窥型探头对光声信号的探测效率的问题。本发明实施例提出一种检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置，为检测内窥型探头的装配中光场和声场的耦合效率提供了一种有效的评估手段。

为实现上述目的，本发明提供了一种检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置，包括：

控制模块、光源、超声收发仪、光场数据测试模块、探头角度测试模块、检测模块和超声强度测试模块；其中，所述内窥型探头、所述光场数据测试模块均设置在所述探头角度测试模块上；所述控制模块控制步进电机，在所述步进电机的作用下，探头角度测试模块的旋转板与所述光场测试仪同时发生旋转；

所述控制模块分别控制所述光源和所述超声收发仪，所述光源发出光信号，所述超声收发仪发出激励电信号；

所述光信号经过所述内窥型探头内的光学聚焦元件后被所述光场数据测试模块接收；所述激励电信号经过所述内窥型探头内的超声换能器转换为超声波，所述超声波经过所述探头角度测试模块的旋转板反射后再经过所述内窥型探头内的超声换能器转换为超声电信号，所述超声收发仪接收所述超声电信号，通过所述数据采集模块采集所述超声电信号；

所述光场数据测试模块对所述光信号进行处理，获得发生旋转时每个步进电机位置处的光场数据信息；所述超声强度测试模块对所述数据采集模块采集的所述超声电信号进行处理，获得发生旋转时每个步进电机位置处的超声幅值信息；

所述检测模块根据所述光场数据信息对应的步进电机位置与所述超声幅值信息对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

优选地，所述光场数据测试模块为ccd相机或光束质量分析仪。

优选地，所述光场数据信息为光斑有效面积。

优选地，所述检测模块通过旋转过程中光斑有效面积的最小值对应的步进电机位置与旋转过程中超声信号的幅值最大值对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

优选地，所述光场数据测试模块为光电探测器。

优选地，所述光场数据信息为光信号强度。

优选地，所述检测模块通过旋转过程中光信号强度的最大值对应的步进电机位置与旋转过程中超声信号的幅值最大值对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

优选地，所述内窥型探头为光声内窥探头、光学相干层析成像与超声结合双模态内窥型探头、荧光与超声结合的双模态内窥型探头或者光学与超声结合的多模态内窥型探头。

优选地，所述探头角度测试模块包括：底面安装板、步进电机、水槽、探头夹持底座以及旋转板组成；其中，

所述步进电机和所述水槽安装于所述底面安装板上；

所述探头夹持底座安装于所述水槽内，用于夹持所述内窥型探头；

所述旋转板安装于所述步进电机转子一端。

优选地，所述光源发射的光信号波长范围为400nm-2500nm。

上述技术方案具有如下有益效果：

本技术方案通过控制模块对探头角度测试模块中的步进电机进行精确控制，从而自动检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差，可以有效评估内窥型探头的制作工艺的制作精度以及探头制作的成功率。另外，本技术方案的光源可以为400nm-2500nm宽波长范围的激光光源，因此本发明适用于对各种波长的内窥型探头进行测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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为本发明实施例涉及的一种内窥型探头的结构主视图；

图2为本发明实施例的以内窥型探头的右视图为角度下的光场和声场耦合示意图；

图3为本发明实施例的以内窥型探头的前视图为角度下的光场和声场匹配示意图；

图4为本发明实施例的以内窥型探头的前视图为角度下的光场和声场失配示意图；

图5为本发明实施例提出的一种检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置的功能框图；

图6为本实施例中探头角度测试模块结构示意图；

图7为本实施例中光斑有效面积的获取流程图；

图8为本实施例的光斑的强度曲线示意图；

图9为本实施例中超声信号的幅值的获取流程图。

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。

如图1所示，为本发明实施例涉及的一种内窥型探头的结构主视图。内窥型探头由光纤、自聚焦透镜、直角棱镜、超声换能器、不锈钢管以及弹簧线圈组成。其中，自聚焦透镜将光纤中的光束汇聚，光束经过直角棱镜折转方向后，与超声换能器的声场在特定成像范围进行光场和声场的耦合。

在光声内窥成像系统中，光声信号产生的基本原理是：当用短脉冲激光照射生物组织时，组织对光具有吸收特性，将光能转化为热能，致使被照射的组织局部温度升高，温度升高后导致热膨胀而产生压力波，该压力波就是光声信号。因此，光声信号的产生过程就是“光能”-“热能”-“机械能”的转化过程。

光声成像过程可以分为三个部分：信号的产生、信号的接收和信号处理及图像重建。由于脉冲激光器具有光声转换效率高的优点，因此通常被作为光声成像研究中产生信号的激励源。脉冲激光器发出的激光束照射在待研究组织样品上，由于组织样品的吸收效应，在样品内部形成了与组织光学参数相关的能量沉积分布。由于激光脉宽很窄(ns)吸收的能量不能在短时间内释放，导致瞬间温度变化，从而通过热弹机制转化为热膨胀。周期性热流使周围的介质热胀冷缩而激发超声波，由于这种超声波信号的特殊产生机理，为了区别于其它的超声信号，通常称为光声信号。利用超声探测器接收光声信号并对采集到的信号进行适当地处理和采用相应的图像重建算法，就能够得到样品内部光吸收特性的分布。当保证入射光的均匀性的前提下，光声重建图像与吸收分布具有一一对应的关系。

如图2所示，为本发明实施例的以内窥型探头的右视图为角度下的光场和声场耦合示意图。由上述描述的光声成像原理可知，在光场和声场重叠区域为光声成像的最佳成像范围。

如图3所示，为本发明实施例的以内窥型探头的前视图为角度下的光场和声场匹配示意图。如图4所示，为本发明实施例的以内窥型探头的前视图为角度下的光场和声场失配示意图。当光场和声场匹配时，光场和声场完全重叠，这时光场和声场的出射角度无偏差，耦合效率高。当光场和声场失配时，光场和声场重叠区域减少，并且光声成像的工作距离改变，影响成像质量。并且，一旦出现部分重叠情况，说明光场和声场的出射角度有偏差。本技术方案就是检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差，可以有效评估内窥型探头的制作工艺的制作精度以及探头制作的成功率。

如图5所示，为本发明实施例提出的一种检测内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差的装置的框图。包括：

控制模块、光源、超声收发仪、光场数据测试模块、探头角度测试模块、检测模块和超声强度测试模块；其中，所述内窥型探头、所述光场数据测试模块均设置在所述探头角度测试模块上；所述控制模块控制步进电机，在所述步进电机的作用下，探头角度测试模块的旋转板与所述光场测试仪同时发生旋转。如图6所示，为本实施例中探头角度测试模块结构示意图。包括：底面安装板、步进电机、水槽、探头夹持底座以及旋转板组成；其中，

所述步进电机和所述水槽安装于所述底面安装板上；

所述探头夹持底座安装于所述水槽内，用于夹持所述内窥型探头；

所述旋转板安装于所述步进电机转子一端。

所述控制模块分别控制所述光源和所述超声收发仪，所述光源发出光信号，所述超声收发仪发出激励电信号。

所述光信号经过所述内窥型探头内的光学聚焦元件后被所述光场数据测试模块接收；所述激励电信号经过所述内窥型探头内的超声换能器转换为超声波，所述超声波经过所述探头角度测试模块的旋转板反射后再经过所述内窥型探头内的超声换能器转换为超声电信号，所述超声收发仪接收所述超声电信号，通过所述数据采集模块采集所述超声电信号。

所述光场数据测试模块对所述光信号进行处理，获得发生旋转时每个步进电机位置处的光场数据信息；所述超声强度测试模块对所述数据采集模块采集的所述超声电信号进行处理，获得发生旋转时每个步进电机位置处的超声幅值信息。

所述检测模块根据所述光场数据信息对应的步进电机位置与所述超声幅值信息对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

在一实施例中，所述光场数据测试模块为ccd相机或光束质量分析仪。ccd相机或光束质量分析仪对所述光信号进行处理，获得光斑有效面积。如图7所示，为本实施例中光斑有效面积的获取流程图。包括：

将ccd相机或光束质量分析仪采集到的光斑图像原始数据去除背景噪声干扰，然后求得图像中像元最大值所对应的x轴和y轴对应的光斑的强度曲线。如图8所示，为本实施例的光斑的强度曲线示意图。根据光斑的强度曲线取其半高全宽值，利用半高全宽值求得x轴和y轴各自对应的光斑直径，利用x轴和y轴各自对应的光斑直径通过椭圆计算公式求出光斑的有效面积；同时保存当前电机所在位置。

在本实施例中，检测模块通过旋转过程中光斑有效面积的最小值对应的步进电机位置与旋转过程中超声信号的幅值最大值对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

在另一实施例中，所述光场数据测试模块为光电探测器。光电探测器对所述光信号进行处理，获得光信号强度。所述检测模块通过旋转过程中光信号强度的最大值对应的步进电机位置与旋转过程中超声信号的幅值最大值对应的步进电机位置确定所述内窥型探头的光场与声场的出射角度偏差。

在上述两个实施例中，超声信号的幅值的获取如图9所示。包括：

将数据采集模块获取的超声原始数据，首先进行去除背景噪声，然后进行希尔伯特变换求取包络，对包络后的信息再进行高通滤波，滤除低频噪声，然后求出超声信号的幅值。，并保存当前电机所在的位置。

对于本技术方案来说，所述内窥型探头可以为光声内窥探头、光学相干层析成像与超声结合双模态内窥型探头、荧光与超声结合的双模态内窥型探头或者光学与超声结合的多模态内窥型探头。只要检测光场与声场的出射角度偏差，本技术方案均适用于光学与超声结合的至少两种模态的内窥型探头。

本技术方案通过控制模块对探头角度测试模块中的步进电机进行精确控制，从而自动检测光场与声场的出射角度偏差，可以有效评估内窥型探头的制作工艺的制作精度以及探头制作的成功率。另外，本技术方案的光源可以为400nm-2500nm宽波长范围的激光光源，因此本发明适用于对各种波长的内窥型探头进行测试。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。