基于光声成像原理的消化内镜

本发明属于消化内镜，具体是基于光声成像原理的消化内镜。

背景技术：

1、光声成像是今年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型医学成像方法。当脉冲激光照射到(热声成像则特指用无线电频率的脉冲激光进行照射)生物组织中时，组织的光吸收域将产生超声信号，这种由光激发产生的产生信号称为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。

2、光声成像技术可以分为以下几类：用于体外成像的光声显微成像技术、光声计算层析成像技术以及用于体内成像的光声内窥成像技术。其中，光声成像内窥技术是利用微型的成像探头，在人体消化道、血管内部对机体内发生病变的部位(病灶区)实现光声成像，实现通过直观的方式观察体内情况，从而达到有效地临床观察和判断病情的作用。光声内窥成像领域在现有技术中主要分为光声共轴和光声非共轴两种。

3、传统的光学内窥探头，包括基于光纤束和基于摄像头的探头，通常视场范围可达到几厘米量级，但其横向分辨率只有几十微米，在很多应用中，需要同时获得大视场范围和高分辨率，而现有技术无法实现这一点。为此有必要提出一种能够同时获得大视场范围和高分别率的基于光声成像原理的消化内镜。

技术实现思路

1、为了解决上述大视场范围和高分辨率较难同步获得的问题，本发明的目的是提供基于光声成像原理的消化内镜，通过摄像组件和超声组件的协同，实现增加视角的同时提高分辨率。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：基于光声成像原理的消化内镜，包括内镜体，内镜体两侧对称开有安装槽，安装槽内均设有第一摄像组件，内镜体上端面设置有第二摄像组件，第一摄像组件和第二摄像组件上方均设有超声组件，超声组件通过导线连接有接收器，接收器信号连接有信号处理器，信号处理器信号连接有显示器和控制器。

3、超声组件包括第一管、探头管和第二管，探头管一端延伸至第一管内，第二管套设在探头管尾部，探头管上设有探测口，探测口位于第一管和第二管之间，探头管内固定连接有超声接收探头，超声接收探头位于探测口处。且探头管内还焊接有自聚焦透镜和棱镜，超声接收探头位于自聚焦透镜和棱镜之间。

4、探头管上方设有超声换能器，超声换能器固定连接于安装槽处，且超声换能器的接收面面向探测口处，超声换能器信号连接有超声收发仪。

5、第一摄像组件和第二摄像组件均包括镜头套环，镜头套环位于内镜体内，镜头套环内部从物侧至像侧依次可拆卸连接有第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二透镜、第二正透镜、第三负透镜、第三透镜、滤光片、保护平板和传感器及像面；传感器及像面与控制器信号连接。

6、基础方案的原理是：首先将内镜体装在检测管上，然后把内镜体放入患者体内，然后通过第一摄像组件和第二摄像组件对消化道内的进行拍摄并成像，然后在摄像组件拍摄成像时，超声组件也将对同步利用超声波进行成像，成像时首先超声接收探头用于监测消化内道内的超声波信息，并且通过消化内道内产生的超声波产生回波，并将回波转化为电信号以便进一步处理，然后接收器将会接收超声组件发送的电信号，并对其进行放大和滤波以提高信噪比，同时信号处理器对接收到的信号进行数字信号处理，如滤波、增益控制、图像重建等操作，信号处理器将把处理后的信息传送至控制器处，控制器同步对第一摄像组件、第二摄像组件和超声组件处成像的信息进行处理，并对图片信息进行对比，然后处理后的成像信息传送至显示器处，然后显示器接收到信号处理器所处理后的信息，并将处理后的信号转化为可视化的图像，并将其显示在屏幕上供医生或技术人员检查。

7、基础方案的有益效果是：1、因为超声换能器的接收面面向探测口处，所以当探头面向超声换能器处发射低能量激光时，超声收发仪负责接收光声信号的同时自发激励信号使超声换能器产生超声波，其后接收反射的超声波，以上共同实现光声/超声双模信号接收，此时可形成光声共轴，然后保证光与声两者相对静止，腔道内光激发，体外声接收，实现患者消化道的透射共轴式光声内窥成像。

8、2、相比传统反射非共轴式光声内窥成像系统，透射共轴式成像系统的设计提高了系统的信噪比，进而一方面提高内窥成像的成像深度，为临床消化道大深度内窥提供新的思路；另一方面有利于光声光谱精准解谱，为实现血管内易损斑块中脂质定量分析提供可能；并且利用超声组件和摄像组件的同步进行成像，并通过控制器的成像信息进行处理，可较大程度的还原患者消化道内的病变环境和病变患处，进而减少遗漏检测的情况，进而增加视角的同时提高分辨率。

9、进一步，第二管远离探测口一端设有密封件，探测管和第二管通过密封件固定连接。

10、基础方案的有益效果是：可使探测管较为牢固的固定于探测管外，从而减少探测管意外脱落的可能性，增加检测时的安全性。

11、进一步，镜头套环包括第一环、调节环和第二环，第一环、调节环和第二环从物侧至像侧依次设置，且调节环两侧分别与第一环和第二环转动连接，调节环外侧设有若干的齿块，且调节环上还对称设有弧形槽，光阑上对称设有滑块，滑块分别位于弧形槽内且光阑随滑块和弧形槽进行滑动配合。

12、镜头套环一侧固定连接有保护箱，保护箱内设有第一电机，第一电机与控制器信号连接，第一电机的输出轴固定连接有转轴，转轴上固定连接有齿轮，齿轮与齿块啮合。

13、基础方案的有益效果是：启动第一电机，然后在第一电机的驱动下，转轴进行旋转运动，由此齿轮将随之进行旋转运动，其中因为齿轮和齿块啮合，所以齿轮旋转后将会带动调节环进行旋转运动，且因为光阑通过滑块在弧形槽内滑动配合，所以当调节环旋转时，滑块将会被带动着在弧形槽内进行滑动，进而可带动光阑在调节环内部进行横向的距离变换，从而可实现对光阑的焦距调节。

14、进一步，内镜体靠近安装槽处均设有功能腔，功能腔内均设有支撑杆，支撑杆固定连接于第二环底部，支撑杆远离第二环一端设有“匚”字型的摇摆架。

15、功能腔内还设有第二电机，第二电机的输出轴同轴固定连接有导轴，导轴与摇摆架底端竖向滑动连接，摇摆架顶部杆上设有转动孔，摇摆架通过转动孔转动配合有固定杆，固定杆一端位于转动孔内，固定杆远离第二环一侧设有凸块，功能腔靠近凸块一侧设有与凸块对应的凸块槽，凸块位于凸块槽内。

16、第二环顶部还固定连接有倒置l形的导架，导架一端穿过功能腔并延伸至安装槽处，且导架位于安装槽处一端与探头管固定连接，安装槽靠近导架处设有通槽，通槽的直径大于导架的厚度，且导架和安装槽通过通槽进行横向和竖向滑动配合。

17、基础方案的有益效果是：启动第二电机，导轴随之进行转动，由此摇摆架随之进行摆动，摄像组件将随着进行摆动，由此可增加摄像组件所采集到的图像的重叠范围，由此在后续对所采集的图像信息过程中可较为充分的采集到所需的图像信息，并且较为充分的把结肠内部的环境进行充分的展现。

18、当摄像组件内的镜头套环进行横向摆动时，因为导架与第二环顶部固定连接，所以导架随着通槽进行横向移动，由此探头管也将随着摄像组件进行同步摆动，从而可实现光声同步对同一个范围处进行重合成像，并且增加成像范围。

19、进一步，导轴顶部同轴固定连接有垫块，垫块顶部固定连接有顶球，固定杆底部对称固定连接有两个与顶球对应的导动球，导动球位于顶球的运动行程中。

20、摇摆架与导轴接触处设有若干的第一卡块，导轴与摇摆架接触处设有若干的与第一卡块对应的竖向滑槽，第一卡块位于竖向滑槽内，且导轴和摇摆架通过第一卡块和竖向滑槽竖向滑动配合；第一卡块和竖向滑槽限定导轴和摇摆架能够同步做转动运动，且导轴和摇摆架能够做竖向滑动配合。

21、摇摆架与固定杆接触处设有若干的第二卡块，固定杆与摇摆架的接触处设有若干的与第二卡块对应的环形滑槽，固定杆和摇摆架通过第二卡块和环形滑槽转动配合；第二卡块和环形滑槽限定摇摆架与固定杆能能够转动配合且摇摆架与固定杆能够同步做竖向运动。

22、固定杆顶部固定连接有拉杆，拉杆远离固定杆一端与镜头套环横向滑动配合；镜头套环能够在拉杆的驱动下进行竖向运动。

23、基础方案的有益效果是：当第二电机启动时，导轴将带动垫块进行旋转运动，由此当垫块进行旋转时，垫块顶部的顶球将会随着进行转动，其中当顶球转到导动球处且与导动球相互顶动时，固定杆随之在顶球的顶动力下进行竖向运动，由此固定杆将带动拉杆进行竖向移动，然后镜头套环将在拉杆的拉动下进行竖向移动，同时探头管也将随之在导架的带动下进行同步的竖向移动，当顶球脱离导动球后，固定杆因顶动力的消失将会竖向往下移动，从而进行回位，由此可增加摄像组件和超声组件的竖向观察范围，进而可增加成像范围，从而较为充分的检测到患者的患病处。

24、进一步，第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二透镜、第二正透镜、第三负透镜、第三透镜、滤光片和保护平板均由玻璃材质制成。

25、基础方案的有益效果是：相比于塑胶镜片，玻璃材料的热膨胀系数比大多数塑料低，在相同的温度变化下，玻璃镜片扩张或收缩的程度更小；塑料材料通常具有较高的热导率和膨胀系数，意味着当它们受到温度变化时，会更快地吸收和释放热量，并且对应产生较大的体积膨胀或收缩。由此玻璃材质制成的透镜受到温度的影响较小。

26、进一步，内镜体上端面设有照明光源、器械通道和两个对称的功能通道。

27、基础方案的有益效果是：照明光源为成像提供一定的光源，从而使所成之像较为的清晰。

28、进一步，第一管、探头管和第二管均由金属制成。

29、基础方案的有益效果是：可提供足够的刚度与强度，提高探头放置的稳定性。

30、进一步，安装槽内还设有四个光源，四个光源沿摄像组件周向均匀设置，四个光源分别为白光光源、蓝光光源、白光光源和绿光光源。

31、基础方案的有益效果是：白光可为摄像组件可为提供光源，进而使摄像组件采集的图像更为清晰，亮度更高；其中绿色光波长的范围在约495到570纳米之间，与血液中的红色血红蛋白产生较高的对比度，可以更清晰地反射出血管；同时由于蓝光波长较短，其能增强血管对比度，并能更好地穿透组织表层并被组织中的染料吸收，使得内镜体显示的图像更加清晰明亮。