一种血管内成像系统及方法_2

文档序号:8232314阅读:来源:国知局
进行三维重建,生成血管内组织的三维图像以及横截面图像。
[0030]在一实施例中,所述汇聚元件的数值孔径大于0.5。
[0031]在一实施例中,所述激光光源的频率大于或等于IKHz。
[0032]在一实施例中,所述脉冲激光以与所述光声/超声血管内窥装置的中心轴线10°?80°的倾斜角入射到所述血管壁上。
[0033]本发明实施例的有益效果在于,本发明采用数值孔径较大的汇聚元件,大大减小了多模光纤出射脉冲激光的发散角,提高了入射到组织表面的光通量密度,充分利用了光能量,有效的提高成像信噪比。脉冲激光倾斜入射到组织表面,超声换能器则以垂直中心轴线的角度或与微小倾角放置,从而使超声换能器的出射/接收面近似于组织表面垂直,大大增强了光声信号的探测效率。本发明还可以使用高重复频率高、能量低的激光器,从而提高了成像速度。
【附图说明】
[0034]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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本发明实施例的血管内成像系统的结构框图;
[0036]图2为本发明实施例的光声/超声血管内窥装置7的结构示意图;
[0037]图3为本发明实施例的脉冲激光与血管壁的倾斜入射关系示意图;
[0038]图4A为本发明实施例的两种照明方式在各个深度能量密度分布示意图;
[0039]图4B为本发明实施例的两种照明方式在不同深度的能量比值示意图;
[0040]图5A为本发明实施例的支架三维光声示意图;
[0041]图5B为本发明实施例的支架三维超声示意图;
[0042]图6为本发明实施例的血管内成像方法流程图。
【具体实施方式】
[0043]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。
[0044]如图1所示,本发明实施例提供一种血管内成像系统,所述的血管内成像系统包括:激光光源1、耦合光路2、信号采集与控制系统3、延时电路4、超声信号收发仪5、三维扫描系统6及光声/超声血管内窥装置7。
[0045]激光光源I为可调谐脉冲激光器,用于为光声/超声血管内窥装置7提供光源(脉冲激光),同时输出电脉冲(同步触发信号),用以同步信号采集与控制系统3和延时电路4。
[0046]本发明的光声/超声血管内窥装置7 (又称为高速血管内窥装置)可以置于人体组织内,包括血管内,消化道以及腹腔等内部,本发明仅以将光声/超声血管内窥装置7置于血管内进行说明。对于血管内的情况,例如可以将光声/超声血管内窥装置7置于冠状动脉中,进行光声/超声成像。
[0047]耦合光路2将光源发射的脉冲激光进行整形、聚焦等,以高耦合效率将脉冲激光耦合进光声/超声血管内窥装置7的多模光纤中。
[0048]信号采集与控制系统3以激光光源I发射的电脉冲信号作为同步触发信号,从而实现同步控制三维扫描系统6以及组织内光声信号和超声信号的采集。
[0049]三维扫描系统6在信号采集与控制系统3的控制下进行360°旋转和轴向移动扫描,用以实现光声/超声血管内窥装置7的三维扫描。通过三维扫描系统6,光声/超声血管内窥装置7在某一位置360°旋转扫描,信号同步采集,获得截面图。该位置采集结束后,三维扫描系统轴向移动至下一位置,内窥装置再次360°旋转扫描,信号同步采集,获得截面图。如此重复此过程,直至扫描完成。
[0050]超声信号收发仪5接收血管壁产生的光声信号,向光声/超声血管内窥装置7发射并接收相应的超声信号。
[0051]延时电路4为超声信号收发仪5发射超声波提供延时脉冲信号,保证血管壁产生的光声信号与超声信号无重叠。由于光声信号与超声信号存在延时,信号采集与控制系统3采集到的光声信号和超声信号可有效分离。
[0052]本发明的血管内成像系统的成像原理如下:
[0053]激光光源I发射的脉冲激光依次经过耦合光路2及三维扫描系统6导入光声/超声血管内窥装置7中,脉冲激光倾斜入射到血管壁上激发光声信号,该激发光声信号被光声/超声血管内窥装置7的超声换能器接收。
[0054]激光光源I发射与脉冲激光同步的同步触发信号,该同步触发信号经过延时电路4后进入超声信号收发仪5,超声信号收发仪5根据同步触发信号控制光声/超声血管内窥装置7发射并接收超声波信号。具体地,光声/超声血管内窥装置7中的超声换能器在超声信号收发仪5的控制下向血管壁发射超声波信号,然后接收该血管壁根据该超声波信号后反射回来的超声波信号。
[0055]信号采集与控制系统3通过超声信号收发仪5从光声/超声血管内窥装置7的超声换能器接收光声信号及超声波信号,然后根据接收的光声信号及超声波信号进行三维重建,生成血管内组织的三维图像以及横截面图像。
[0056]如图2所示,光声/超声血管内窥装置7包括:多模光纤21,柔性弹簧线圈22,匹配管23,汇聚元件24,反射元件25,超声换能器26,保护套28及支撑元件27。
[0057]如图2所示,匹配管23、汇聚元件24、发射元件25、超声换能器26及支撑元件27设置在保护套28内。柔性弹簧线圈22的一端固定在保护套28的内壁,另一端连接图1的三维扫描系统6。多模光纤21的一端穿过匹配管内部,并固定于汇聚元件24的一端,反射元件25固定于汇聚元件24的另一端与超声换能器26之间。超声换能器26设置于支撑元件27上。
[0058]多模光纤21用于传导激光光源所发射的脉冲激光。柔性弹簧线圈22与三维扫描系统6连接,能够保证三维扫描系统6与光声/超声血管内窥装置7之间实现100%力矩传递。
[0059]匹配管23可以匹配多模光纤21和汇聚元件24,确保多模光纤21和汇聚元件24两个元件同轴。
[0060]会聚元件24可以包括自聚焦透镜、球透镜以及其它透镜等具有会聚功能的光学元件;利用会聚元件24,可以减小多模光纤出射激光的发散角,大幅度提高组织表面光通量密度,从而降低对单脉冲能量的需求。在一实施例,本发明采用大数值孔径的会聚元件24,例如数值孔径大于0.5,而现有技术中,数值孔径不超过0.2。采用这种大数值孔径的会聚元件24,大大减小多模光纤出射激光的发散角,提高入射到组织表面的脉冲光能量密度,充分利用了光能量,有效的提高成像信噪比。
[0061]反射元件5可以为三棱镜等,可以使会聚元件24射出的脉冲激光的光路偏转,使光束与声束在水中工作距离内达到最大重叠。
[0062]超声换能器26可以为超声换能器,用以发射以及接受超声信号。
[0063]支撑元件27用于放置超声换能器,保证其位置接收效率达到最佳。
[0064]基于图2所示的光声/超声血管内窥装置7,本发明的血管内成像系统的成像方式如下:
[0065]激光光源I发射的脉冲激光经过多模光纤21传输到光声/超声血管内窥装置7中,汇聚元件
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