一种组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置及其方法_2

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6]图2是本发明环形扫描方式的示意图。
[0037]图3是本发明单向立体角扫描方式的示意图。
[0038]图4是本发明组合式立体角扫描方式的示意图。
[0039]图5是本发明的装置对模拟腔道进行环形扫描所得到的光声影像。
[0040]图6是本发明的装置对模拟腔道进行环形扫描所得到的超声影像。
[0041]图7是本发明的装置对模拟腔道进行单向立体角扫描所得到的光声平面影像。
[0042]图8是本发明的装置对模拟腔道进行单向立体角扫描所得到的超声平面影像。
[0043]图9是本发明的装置对模拟腔道进行组合式立体角扫描所得到的光声影像。
[0044]图10是本发明的装置对模拟腔道进行组合式立体角扫描所得到的超声影像。
[0045]其中,1为步进电机,2为缆线,3为光电滑环,4为电缆,5为光缆,6为光纤耦合器,7为聚焦透镜,8为油室,9为套管,10为反射镜驱动器,11为反射镜,12为超声换能器,13为旋转轴。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合附图和【具体实施方式】来对本发明做进一步详细的说明。
[0047]结合图1所示,一种组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置的总体方案是:该装置包括套管和均设置在套管内的步进电机、旋转轴、光电滑环、光纤耦合器、聚焦透镜、油室、检测平台、光缆和电缆,所述的油室内设有超声换能器、反射镜、反射镜驱动器。从所述装置的近端到远端,光电滑环、光纤耦合器、聚焦透镜、油室依次安装在旋转轴上,油室内设有依次排列的超声换能器、反射镜、反射镜驱动器,反射镜安装在反射镜驱动器上。
[0048]所述的旋转轴连接在驱动旋转轴转动的步进电机上;所述的光电滑环套装在旋转轴上;所述的步进电机与检测平台电气连接;接收检测平台驱动信号的反射镜驱动器驱动反射镜转动;所述的超声换能器与检测平台电气连接;所述的光缆通过光电滑环连接在光纤耦合器上,所述的电缆通过光电滑环连接在超声换能器上。
[0049]下面对一种组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置的详细方案进行说明:
[0050]步进电机电气连接在检测平台的步进电机驱动模块上,步进电机通过联轴器与旋转轴连接。检测平台可用于检测光声信号和超声信号,检测平台可向步进电机发出信号,步进电机接收检测平台的信号后,进行相应的工作。步进电机的可驱动旋转轴进行旋转。
[0051]从所述装置的近端到远端,旋转轴分为三个部分,依次为第一段轴、第二段轴、第三段轴,倾斜设置的第二段轴连接第一段轴和第三段轴。近端即图1的左边方位,远端即图1的右边方位。光电滑环套装在第一段轴上,光纤耦合器、聚焦透镜和油室固定在第三段轴的轴扁位上,超声换能器、反射镜驱动器均固定在油室内。旋转轴的转动带动固定在第三段轴上的各个部件进行转动。第三段轴被一平面削去一部分,被削去后,第三段轴有沿着轴线的平台,该部分称为轴扁位。从近端到远端,第三段轴的轴径渐渐变大,以能合适地固定住第三段轴上的各个部件为准。
[0052]光电滑环套装在第一段轴上,光电滑环属于现有技术,可实现光电滑环左右端处的相对转动。光缆和电缆统称为缆线,缆线引入套管内后,先接在光电滑环的左端,缆线通过光电滑环后,电缆接在超声换能器上,光缆耦合入光纤耦合器上。旋转轴转动时,位于光电滑环左端的缆线不转动,位于光电滑环右端的电缆和光缆随着旋转轴的转动而转动;采用这种连接后,解决了缆线和与其相接的部件之间的旋转力矩,实现了线路的平滑过渡。光缆用于传输激光器出射的激光,电缆用于供给各个用电部件所需的电能,传输给超声换能器所需要的脉冲激励信号、光声信号和超声信号。
[0053]脉冲激光或者经声光调制器调制的连续激光的单模或多模光纤接在光纤耦合器上后,即光缆接在光纤耦合器上后,光纤耦合器内的grin透镜,即梯度折射率透镜将激光进行准直。
[0054]所述的聚焦透镜为可变焦透镜,聚焦透镜的焦点范围在4mm到无穷远处。激光经光纤耦合器准直后,再经聚焦透镜汇聚,反射镜将汇聚光束进行反射,反射后的光束射向靶点,光束也刚好汇聚于靶点位置。
[0055]所述的油室内充满具有超声信号耦合作用的绝缘油。所述的超声换能器可以是环状单阵元或者多阵元的超声换能器,具有中空结构,允许激光经其对称轴穿过。本发明中,超声换能器使用环状单阵元PVDF膜换能器,PVDF膜即聚偏二氟乙烯膜,中心频率20MHz,内径3_,外径7_。超声换能器可以发射适当频率的超声波,超声换能器也可以接收光声信号和超声信号。超声换能器将接收到的光声信号和超声信号转换为电信号后传输至检测平台,检测平台处理后,最终得到光声影像和超声影像。
[0056]所述的反射镜为微型镀膜高反射镜,该反射镜既可以反射光能量,又能反射声能量,增强了内窥镜探头的紧凑程度,同时提高了扫描效率。反射镜可大角度偏转声束和激光光束,从而指向不同靶点,提供一维、二维、三维多种方式的扫描,为更好的说明原理,在图1中将反射镜和反射镜驱动器分开绘制,反射镜应是安装在反射镜驱动器上的,反射镜通过电热式双S折叠梁结构安装在反射镜驱动器上,反射镜驱动器可以以少量能源驱动反射镜转动。反射镜驱动器与检测平台可以是有线连接或者电磁无线连接,反射镜驱动器在接到适当电压和频率的驱动信号后,驱动反射镜转动。本发明中使用的反射镜和反射镜驱动器为无锡微奥科技有限公司生产的GM-001 二轴MEMS微镜。
[0057]本发明使用的套管设置有具备高光学穿透性和高声学穿透性的窗口,该窗口的位置对应于光束和声束出射的位置,该窗口可让激光,如脉冲激光,光声信号和超声信号低损耗穿透。套管材质具有良好的生物兼容性、密闭防水性能。
[0058]应用该组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置进行成像时,成像方法包括以下步骤:
[0059](1)激发:将组合式立体角扫描的光、声内窥成像装置放置在内嵌五根碳棒的环状琼脂模拟腔道中,开启脉冲激光器输出脉冲激光,脉冲激光经过光电滑环后继续由光缆传输,脉冲激光在光缆和光纤耦合器的连接处耦合进光纤耦合器,经光纤耦合器准直后到达聚焦透镜,再经聚焦透镜汇聚后到达反射镜,反射镜反射脉冲激光后,透过套管上的窗口照射到模拟腔道上,脉冲激光刚好汇聚到模拟腔道上,模拟腔道激发出光声信号。检测平台通过电缆传来的超声脉冲激励信号激励超声换能器发射出超声信号,经反射镜反射后到达模拟腔道,模拟腔道产生超声回波信号。
[0060](2)采集:模拟腔道激发的光声信号和产生的超声回波信号经反射镜反射后被超声换能器所探测到,超声换能器将接收到的光声信号和超声回波信号转换为电信号后传输至检测平台。
[0061](3)环形扫描:采集完模拟腔道某一位置的光声信号和超声回波信号后,检测平台向步进电机发出信号,步进电机驱动旋转轴转动,旋转轴的转动带动反射镜随旋转轴转动,对下一个位置进行光声信号和超声回波信号的采集,反射镜旋转一周,即完成环形扫描的数据采集。图2是环形扫描方式的示
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