基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置與成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，包括套管、激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；所述套管內(nèi)設(shè)置有依次光路連接激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)；套管分別連接信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)高的、均勻的圖像分辨率及對(duì)比度，同時(shí)提高了檢測(cè)靈敏度。本發(fā)明還公開(kāi)了運(yùn)用上述動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法。本發(fā)明首次將液態(tài)透鏡技術(shù)應(yīng)用到光聲成像領(lǐng)域，修正了光聲直腸鏡環(huán)形掃描時(shí)焦點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了光聲直腸鏡的動(dòng)態(tài)聚焦成像，保證了圖像的高分辨率和高對(duì)比度。可廣泛應(yīng)用于工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置與成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光聲顯微成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置與成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光聲成像技術(shù)是指受短脈沖光(脈寬〈微秒)輻照的光吸收介質(zhì)在吸收光能量后快速升溫膨脹，由于輻照時(shí)間遠(yuǎn)小于受照介質(zhì)內(nèi)部的熱傳導(dǎo)時(shí)間，產(chǎn)生瞬時(shí)熱膨脹導(dǎo)致應(yīng)激出超聲信號(hào)(稱為光聲信號(hào))。利用超聲傳感器接收應(yīng)介質(zhì)應(yīng)激出的光聲信號(hào)，并通過(guò)一定的演算算法進(jìn)行圖像重建，可以反演出組織內(nèi)部光吸收的分布情況，它是一種基于光學(xué)吸收差異特性反演組織生理病變的功能成像技術(shù)。光聲內(nèi)窺成像技術(shù)，與光學(xué)內(nèi)窺成像類似，利用聚焦激光實(shí)現(xiàn)點(diǎn)激發(fā)與超聲探測(cè)的光聲內(nèi)窺成像。由于超聲在組織中的穿透深度要比光在組織中的穿透深度大，所以光聲內(nèi)窺成像能夠檢測(cè)到比光學(xué)內(nèi)窺成像更深的生物組織；但是由于內(nèi)窺鏡腔體的偏心或者檢測(cè)樣品的自身的非圓形對(duì)稱性，固定焦距的激光光束焦點(diǎn)無(wú)法照射在組織上會(huì)造成分辨率不均勻分布，即組織在焦點(diǎn)處分辨率最高，在焦點(diǎn)前方或后方分辨率低；同時(shí)由于內(nèi)窺鏡腔體偏心或樣品的非對(duì)稱性，造成組織體受照射的光能量密度分布不均勻，所以光聲內(nèi)窺成像的不同位置的信噪比也不一致，因而影響了光聲內(nèi)窺技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)高的、均勻的圖像分辨率及對(duì)比度，同時(shí)提高了檢測(cè)靈敏度。
[0004]本發(fā)明的另一目的`在于提供運(yùn)用上述動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法。本發(fā)明首次將液態(tài)透鏡技術(shù)應(yīng)用到光聲成像領(lǐng)域，修正了光聲直腸鏡環(huán)形掃描時(shí)焦點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了光聲直腸鏡的動(dòng)態(tài)聚焦成像，保證了圖像的高分辨率和高對(duì)比度。可廣泛應(yīng)用于工業(yè)探傷、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):本基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，包括套管、激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；所述套管內(nèi)設(shè)置有依次光路連接激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)；套管分別連接信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；
[0006]所述激光環(huán)形掃描系統(tǒng)包括微型步進(jìn)電機(jī)、透光透聲窗口、反射鏡；微型步進(jìn)電機(jī)固定于套管頭部；反射鏡固定于微型步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端，反射鏡的斜面與水平方向成45°，反射鏡能夠90°反射激光；透光透聲窗口設(shè)置于反射鏡所在位置的側(cè)向管壁處；
[0007]所述動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)包括液態(tài)透鏡和固定基座；液態(tài)透鏡固定于固定基座中間；固定基座通過(guò)螺紋固定于套管內(nèi)；[0008]所述激光準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光纖準(zhǔn)直器、單模光纖和光學(xué)窗口 ；光學(xué)窗口用樹(shù)脂膠固定于動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)的后方；單模光纖通過(guò)光纖標(biāo)準(zhǔn)接口連接于光纖準(zhǔn)直器；光纖準(zhǔn)直器固定于光學(xué)窗口后方;[0009]所述信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)包括信號(hào)線連接口、控制線連接口、中空環(huán)形超聲傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采集電路和計(jì)算機(jī)；中空環(huán)形超聲傳感器位于套管內(nèi)并且位于液態(tài)透鏡前方，中空環(huán)形超聲傳感器通過(guò)信號(hào)線連接口與信號(hào)采集電路連接，微型步進(jìn)電機(jī)和液體透鏡通過(guò)控制線連接口與驅(qū)動(dòng)電路連接；信號(hào)采集電路和驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線連接口與計(jì)算機(jī)連接。
[0010]所述驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置有微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和液態(tài)透鏡驅(qū)動(dòng)器；微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器最大細(xì)分步數(shù)為6400步，支持雙軸驅(qū)動(dòng)。
[0011]所述步進(jìn)電機(jī)、環(huán)形聚焦超聲傳感器、液態(tài)透鏡、光纖準(zhǔn)直器同軸，光纖準(zhǔn)直器輸出平行光。
[0012]所述液態(tài)透鏡為2種液體構(gòu)成的單透鏡，兩種折射率不同且不相互混合的液體。
[0013]所述2種液體為:一種是導(dǎo)電的水性溶液，另一種是不導(dǎo)電的矽酮油溶液，能夠通過(guò)改變其中一種液體的曲率實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的改變。
[0014]所述液態(tài)透鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍為3cm~+ 優(yōu)選為4cm。
[0015]所述單模光纖激光傳輸波段為450~600納米,優(yōu)選為532納米。
[0016]所述中空環(huán)形超聲傳感器的主頻為20MHz ;焦長(zhǎng)為IOmm~20mm。
[0017]所述微型步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)；微型步進(jìn)電機(jī)的最大旋轉(zhuǎn)速度為15000rpm ；微型步進(jìn)電機(jī)外直徑小于IOmm ;透光透聲窗口為PVC\PC材料，透光率為88%~95%，透聲率為 90% ~95%。
[0018]上述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法，包括如下步驟:
[0019](I)納秒脈沖激光通過(guò)顯微物鏡入射單模光纖內(nèi)，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器實(shí)現(xiàn)激光束平行出射；
[0020](2)從光纖準(zhǔn)直器出射的平行激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)窗口入射到液態(tài)透鏡，液態(tài)透鏡通過(guò)計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的電壓使得兩種液體接觸面的曲率改變，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變從而實(shí)現(xiàn)激光束聚焦和焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；
[0021](3)聚焦激光束通過(guò)中空環(huán)形超聲傳感器入射到反射鏡的斜面上，斜面反射穿過(guò)透光透聲窗口，通過(guò)微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光束環(huán)形掃描；
[0022](4)通過(guò)控制液態(tài)透鏡的焦距，調(diào)整聚焦激發(fā)光束的焦點(diǎn)位置，調(diào)節(jié)范圍Imm~3mm，使其聚焦在樣品表面；重復(fù)若干次步驟(3)的環(huán)形掃描；
[0023](5)重建(通過(guò)Iabview編程的小角度畫(huà)弧算法進(jìn)行重建)多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像，將多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像通過(guò)算法疊加，得到高分辨率的光聲圖像。
[0024]所述步驟(4)中所述的調(diào)節(jié)光焦點(diǎn)的掃描位置采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的曲率，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變，焦距調(diào)節(jié)范圍為3cm~+ 每次調(diào)節(jié)范圍I ~3mm。
[0025]步驟(1)中:[0026]所述納秒脈沖激光為高能量納秒脈沖激光微片發(fā)出的激光，高能量納秒脈沖激光微片的單脈沖最大能量為200uJ，脈沖寬度為7ns，重復(fù)頻率最大為IOKHz ；
[0027]步驟(3)中:
[0028]所述激光束環(huán)形掃描采用以下方法進(jìn)行:微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，角度范圍為0.225~1.8° (優(yōu)選的角度為0.9° )，激光經(jīng)過(guò)反射鏡反射到透光透聲窗口，中空環(huán)形超聲傳感器米集一次信號(hào)；
[0029]步驟⑷中: [0030]所述調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的焦距采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線驅(qū)動(dòng)液態(tài)透鏡改變曲率，調(diào)節(jié)焦距由3cm逐漸調(diào)大，每次微調(diào)范圍可為1mm~3_ ;中空環(huán)形超聲傳感器采集信號(hào)，記錄信號(hào)最大值。
[0031]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0032](I)本發(fā)明采用聲、光雙聚焦檢測(cè)結(jié)構(gòu)，將聲焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到反射鏡斜面，光焦點(diǎn)調(diào)節(jié)到透光透聲窗口，使反射的光聲信號(hào)始終處于聲焦點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的焦距，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)高的、均勻的圖像分辨率及對(duì)比度，同時(shí)提高了檢測(cè)靈敏度。
[0033](2)本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)調(diào)焦的點(diǎn)掃描方式，修正了直腸鏡不在腔體中央掃描時(shí)的分辨率不均勻的現(xiàn)象，保證了偏心環(huán)形掃描時(shí)高分辨率、高對(duì)比度。
[0034](3)本發(fā)明提供的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控方便，對(duì)非對(duì)稱結(jié)構(gòu)不規(guī)則形態(tài)表面結(jié)構(gòu)的樣品可實(shí)現(xiàn)均勻分辨率的成像，有利于光聲內(nèi)窺技術(shù)的推廣及應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是本發(fā)明的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置與成像方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]其中，I為套管，2為納秒脈沖激光器(帶有高能量納秒脈沖激光微片)，3為微型步進(jìn)電機(jī)和液態(tài)透鏡的驅(qū)動(dòng)電路，4為信號(hào)采集電路，5為計(jì)算機(jī)，6為單模光纖，7為微型步進(jìn)電機(jī)控制線，8為液態(tài)透鏡調(diào)焦控制線，9為信號(hào)線。
[0037]圖2是套管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0038]其中，10為微型步進(jìn)電機(jī)，11為透光透聲窗口，12為反射鏡，13為中空環(huán)形超聲傳感器，14為固定基座，15為液態(tài)透鏡，16為光學(xué)窗口，17為光纖準(zhǔn)直器。
[0039]圖3是基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像方法的調(diào)焦原理圖示意圖；
[0040]其中，18為聚焦光焦點(diǎn)。
[0041]圖4和圖5是實(shí)施例2的介質(zhì)里的不同深度的鎢絲的光聲成像圖.【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0043]如圖1所示的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置與成像方法，包括套管1、激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；套管內(nèi)設(shè)置有依次光路連接激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)；套管分別連接信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；[0044]如圖2所示，激光環(huán)形掃描系統(tǒng)包括微型步進(jìn)電機(jī)10、透光透聲窗口 11、反射鏡12 ;微型步進(jìn)電機(jī)固定于套管頭部；反射鏡固定于微型步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端，反射鏡的斜面與水平方向成45°，反射鏡能夠90°反射激光；透光透聲窗口設(shè)置于反射鏡所在位置的側(cè)向管壁處；
[0045]動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)包括液態(tài)透鏡15和固定基座14 ;液態(tài)透鏡固定于固定基座中間；固定基座通過(guò)螺紋固定于套管內(nèi)；
[0046]激光準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光纖準(zhǔn)直器17、單模光纖6和光學(xué)窗口 16 ;光學(xué)窗口用樹(shù)脂膠固定于動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)的后方；單模光纖通過(guò)光纖標(biāo)準(zhǔn)接口連接于光纖準(zhǔn)直器；光纖準(zhǔn)直器固定于光學(xué)窗口后方；
[0047]信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)包括信號(hào)線連接口、控制線連接口、中空環(huán)形超聲傳感器、驅(qū)動(dòng)電路3、信號(hào)采集電路4和計(jì)算機(jī)5 ;中空環(huán)形超聲傳感器13位于套管內(nèi)并且位于液態(tài)透鏡前方，中空環(huán)形超聲傳感器通過(guò)信號(hào)線9連接口與信號(hào)采集電路連接，微型步進(jìn)電機(jī)通過(guò)微型步進(jìn)電機(jī)控制線7與驅(qū)動(dòng)電路連接，液體透鏡通過(guò)液態(tài)透鏡調(diào)焦控制線8與驅(qū)動(dòng)電路連接；信號(hào)采集電路和驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線連接口與計(jì)算機(jī)連接。
[0048]驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置有微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和液態(tài)透鏡驅(qū)動(dòng)器；微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器最大細(xì)分步數(shù)為6400步，支持雙軸驅(qū)動(dòng)。
[0049]步進(jìn)電機(jī)、環(huán)形聚焦超聲傳感器、液態(tài)透鏡、光纖準(zhǔn)直器同軸，光纖準(zhǔn)直器輸出平行光。
[0050]液態(tài)透鏡為2種液體構(gòu)成的單透鏡，兩種折射率不同且不相互混合的液體。2種液體為:一種是導(dǎo)電的水性溶液，另一種是不導(dǎo)電的矽酮油溶液，能夠通過(guò)改變其中一種液體的曲率實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的改變。
[0051]液態(tài)透鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍為4cm。單模光纖激光傳輸波段為532納米。中空環(huán)形超聲傳感器的主頻為20MHz ;焦長(zhǎng)為IOmm~20mm。微型步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)；微型步進(jìn)電機(jī)的最大旋轉(zhuǎn)速度為15000rpm ;微型步進(jìn)電機(jī)外直徑小于IOmm ;透光透聲窗口為PVC\PC材料，透光率為88%~95%，透聲率為90%~95%。
[0052]套管I用于固定微型步進(jìn)電機(jī)10、透光透聲窗口 11、中空環(huán)形超聲傳感器13、固定基座14和光學(xué)窗口 16，制作為圓柱體，直徑為12mm，長(zhǎng)為250mm ;微型步進(jìn)電機(jī)直徑為6mm，長(zhǎng)度15mm，輸出軸直徑1mm，用于固定反射鏡，最小旋轉(zhuǎn)角度0.225° ;反射鏡為三棱鏡，3條直角邊長(zhǎng)度為5mm，斜邊長(zhǎng)度為7.05mm，斜面與水平面成45°。中空環(huán)形超聲傳感器在基底鍍有一層環(huán)形壓電晶片，主頻為20MHz，焦距10mm。
[0053]上述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法，包括如下步驟:
[0054](I)將樣品(樣品為中空?qǐng)A柱體，內(nèi)徑12mm，外徑20mm ;樣品為在介質(zhì)中垂直插入8根直徑為60微米的鎢絲；介質(zhì)為10wt%瓊脂+90wt%水)置于平臺(tái)上，將光聲內(nèi)窺鏡插入到中空?qǐng)A柱體，啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，532納米短脈沖激光通過(guò)顯微物鏡入射到單模光纖中(單模光纖纖芯直徑為4.5微米)，從光纖準(zhǔn)直器出射平行光；
[0055]所述納秒脈沖激光為高能量納秒脈沖激光微片發(fā)出的激光，高能量納秒脈沖激光微片的單脈沖最大能量為200uJ，脈沖寬度為7ns，重復(fù)頻率最大為IOKHz ；
[0056](2)從光纖準(zhǔn)直器出射的平行激光束經(jīng)過(guò)532納米光學(xué)窗口入射到液態(tài)透鏡，液態(tài)透鏡通過(guò)計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的電壓使得兩種液體接觸面的曲率改變，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變從而實(shí)現(xiàn)激光束聚焦和焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；
[0057](3)平行光通過(guò)液態(tài)透鏡出射到反射鏡，微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)，將激光90°反射到透光透聲窗口，并聚焦照射到樣品，如圖3所示；
[0058]所述激光束環(huán)形掃描采用以下方法進(jìn)行:微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，角度范圍為0.225~1.8° (優(yōu)選的角度為0.9° )，激光經(jīng)過(guò)反射鏡反射到透光透聲窗口，中空環(huán)形超聲傳感器米集一次信號(hào)；
[0059](4)通過(guò)電腦程序調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的焦距,范圍3cm~+ 每次調(diào)節(jié)Imm~3mm,使其聚焦在樣品表面；每次調(diào)焦掃描焦點(diǎn)位置由采集程序控制，同時(shí)采集程序采集每次的信號(hào)，并記錄信號(hào)最大值(掃描4~10層)，重復(fù)若干次步驟(3)的環(huán)形掃描；
[0060]所述調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的焦距采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線驅(qū)動(dòng)液態(tài)透鏡改變曲率，調(diào)節(jié)焦距由3cm逐漸調(diào)大，每次微調(diào)范圍可為1mm~3mm ;中空環(huán)形超聲傳感器采集信號(hào)，記錄信號(hào)最大值。
[0061]所述步驟(4)中所述的調(diào)節(jié)光焦點(diǎn)的掃描位置采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的曲率，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變，焦距調(diào)節(jié)范圍為3cm~+ 每次調(diào)節(jié)范圍I ~3mm。
[0062](5)采用Iabview編程的算法，通過(guò)每次調(diào)焦移動(dòng)的前面的所有數(shù)據(jù)相加重建出多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像，將多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像通過(guò)算法疊加，得到高分辨率的光聲圖像。
[0063]在介質(zhì)里不同深度的鎢絲的光聲內(nèi)窺成像圖見(jiàn)圖4和圖5 ;其中圖4為采用現(xiàn)有設(shè)備得到的鎢絲光聲成像，從圖中可以看出距離中心點(diǎn)不同距離的鎢絲對(duì)比度差異大，分辨率低，表現(xiàn)為距離中心點(diǎn)近`的鎢絲對(duì)比度高，遠(yuǎn)離中心點(diǎn)的鎢絲對(duì)比度低；圖5為使用本發(fā)明動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)的鎢絲光聲成像，從圖中可以看出8根鎢絲的對(duì)比度均勻，比圖4的光聲像識(shí)別度高。
[0064]上述【具體實(shí)施方式】為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:包括套管、激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)；所述套管內(nèi)設(shè)置有依次光路連接激光環(huán)形掃描系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)；套管分別連接信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)； 所述激光環(huán)形掃描系統(tǒng)包括微型步進(jìn)電機(jī)、透光透聲窗口、反射鏡；微型步進(jìn)電機(jī)固定于套管頭部；反射鏡固定于微型步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的前端，反射鏡的斜面與水平方向成45° ;透光透聲窗口設(shè)置于反射鏡所在位置的側(cè)向管壁處； 所述動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)包括液態(tài)透鏡和固定基座；液態(tài)透鏡固定于固定基座中間；固定基座通過(guò)螺紋固定于套管內(nèi)； 所述激光準(zhǔn)直系統(tǒng)包括光纖準(zhǔn)直器、單模光纖和光學(xué)窗口 ；光學(xué)窗口用樹(shù)脂膠固定于動(dòng)態(tài)調(diào)焦系統(tǒng)的后方；單模光纖通過(guò)光纖標(biāo)準(zhǔn)接口連接于光纖準(zhǔn)直器；光纖準(zhǔn)直器固定于光學(xué)窗口后方; 所述信號(hào)采集及圖像重建系統(tǒng)包括信號(hào)線連接口、控制線連接口、中空環(huán)形超聲傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采集電路和計(jì)算機(jī)；中空環(huán)形超聲傳感器位于套管內(nèi)并且位于液態(tài)透鏡前方，中空環(huán)形超聲傳感器通過(guò)信號(hào)線連接口與信號(hào)采集電路連接，微型步進(jìn)電機(jī)和液體透鏡通過(guò)控制線連接口與驅(qū)動(dòng)電路連接；信號(hào)采集電路和驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線連接口與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述步進(jìn)電機(jī)、環(huán)形聚焦超聲傳感器、液態(tài)透鏡、光纖準(zhǔn)直器同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述液態(tài)透鏡為2種液體構(gòu)成的單透鏡，兩種折射率不同且不相互混合的液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述2種液體為:一種是導(dǎo)電的水性溶液，另一種是不導(dǎo)電的矽酮油溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述液態(tài)透鏡的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍為3cm~+ °°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述中空環(huán)形超聲傳感器的主頻為20MHz ;焦長(zhǎng)為IOmm~20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置，其特征在于:所述微型步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)；微型步進(jìn)電機(jī)的最大旋轉(zhuǎn)速度為15000rpm ;微型步進(jìn)電機(jī)外直徑小于IOmm ;透光透聲窗口為PVC\PC材料，透光率為88%~95%，透聲率為90% ~95%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法，其特征在于包括如下步驟: (1)納秒脈沖激光通過(guò)顯微物鏡入射單模光纖內(nèi)，經(jīng)光纖準(zhǔn)直器實(shí)現(xiàn)激光束平行出射； (2)從光纖準(zhǔn)直器出射的平行激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)窗口入射到液態(tài)透鏡，液態(tài)透鏡通過(guò)計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的電壓使得兩種液體接觸面的曲率改變，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變從而實(shí)現(xiàn)激光束聚焦和焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)； (3)聚焦激光束通過(guò)中空環(huán)形超聲傳感器入射到反射鏡的斜面上，斜面反射穿過(guò)透光透聲窗口，通過(guò)微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光束環(huán)形掃描； (4)通過(guò)控制液態(tài)透鏡的焦距，調(diào)整聚焦激發(fā)光束的焦點(diǎn)位置，調(diào)節(jié)范圍Imm~3_，使其聚焦在樣品表面；重復(fù)若干次步驟(3)的環(huán)形掃描； (5)重建多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像,將多個(gè)不同聚焦深度掃描的光聲信號(hào)圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，得到高分辨率的光聲圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述的調(diào)節(jié)光焦點(diǎn)的掃描位置采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的曲率，實(shí)現(xiàn)液態(tài)透鏡焦距的改變，焦距調(diào)節(jié)范圍為3cm~+⑴，每次調(diào)節(jié)范圍I~3_。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于液態(tài)透鏡的動(dòng)態(tài)調(diào)焦的光聲直腸鏡成像裝置的成像方法，其特征在于: 步驟⑴中: 所述納秒脈沖激光為高能量納秒脈沖激光微片發(fā)出的激光，高能量納秒脈沖激光微片的單脈沖最大能量為200uJ，脈沖寬度為7ns，重復(fù)頻率最大為IOKHz ； 步驟⑶中: 所述激光束環(huán)形掃描采用以下方法進(jìn)行:微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)反射鏡旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，角度范圍為0.225~1.8°，激 光經(jīng)過(guò)反射鏡反射到透光透聲窗口，中空環(huán)形超聲傳感器采集一次信號(hào)； 步驟⑷中: 所述調(diào)節(jié)液態(tài)透鏡的焦距采用以下方法進(jìn)行:通過(guò)控制線驅(qū)動(dòng)液態(tài)透鏡改變曲率，調(diào)節(jié)焦距由3cm逐漸調(diào)大，每次微調(diào)范圍可為1mm~3_ ;中空環(huán)形超聲傳感器采集信號(hào)，記錄信號(hào)最大值。
【文檔編號(hào)】A61B1/31GK103637766SQ201310737534
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】楊思華, 熊科迪, 邢達(dá) 申請(qǐng)人:廣州佰奧廷電子科技有限公司