本發(fā)明涉及生物醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種全掃描光聲雙模內(nèi)窺鏡探頭。

背景技術(shù)：

目前的常用的光學(xué)內(nèi)窺鏡主要是是光、機(jī)、電一體的NDT儀器，它分為三類(lèi)系列產(chǎn)品：第一類(lèi)，硬性?xún)?nèi)窺鏡系列；第二類(lèi)，纖維內(nèi)窺鏡系列；第三類(lèi)，電子視頻內(nèi)窺鏡系列。硬性?xún)?nèi)窺鏡系列其工作原理是利用轉(zhuǎn)像透鏡光學(xué)技術(shù)來(lái)傳送影像，并由光導(dǎo)纖維提供傳光照明。纖維內(nèi)窺鏡系列其工作原理是由高品質(zhì)韻傳像纖維來(lái)傳送圖像，通過(guò)目鏡直接觀(guān)察。電子視頻內(nèi)窺鏡系列是運(yùn)用超小型電荷耦合器件（CXD)技術(shù)制造電子視頻內(nèi)窺鏡產(chǎn)品。上述三類(lèi)內(nèi)窺技術(shù)其基本原理都是利用光學(xué)散射或者反射信號(hào)獲取檢測(cè)圖像，由于受介質(zhì)散射影響大，存在穿透深度淺（～mm級(jí)）的缺點(diǎn)。

為此，現(xiàn)有技術(shù)中研制出了超聲內(nèi)窺鏡和光聲內(nèi)窺鏡，超聲內(nèi)窺成像對(duì)組織的穿透深度可達(dá)30mm 以上，它反映了吸收體的聲阻抗參數(shù)。光聲成像作為近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型成像方法，它反映了吸收體的光吸收參數(shù)。但超聲內(nèi)窺鏡在成像技術(shù)在對(duì)比度和功能性方面的缺陷，同時(shí)，光聲內(nèi)窺鏡在探測(cè)深度與成像分辨率不足，為此需要一種能集超聲內(nèi)窺鏡和光聲內(nèi)窺鏡功能于一體的內(nèi)窺鏡。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01010187650.3，專(zhuān)利名稱(chēng)是一種血管內(nèi)光聲超聲雙模成像內(nèi)窺鏡裝置及其成像方法，公開(kāi)了一種集光聲探測(cè)和超聲探測(cè)功能的內(nèi)窺鏡，但這種內(nèi)窺鏡探頭尺寸較大，且探測(cè)面積較小，影響探測(cè)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種全掃描光聲雙模內(nèi)窺鏡探頭，該探頭具有超聲探測(cè)和光聲探測(cè)兩種探測(cè)模式，有效形成了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決了內(nèi)窺鏡成像對(duì)比度和成像深度不可兼得的技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種全掃描光聲雙模內(nèi)窺鏡探頭，包括：

超聲換能器，其內(nèi)側(cè)端設(shè)置為半球形內(nèi)凹面，所述半球形內(nèi)凹面配置為超聲探測(cè)接收面，所述超聲換能器的軸向外側(cè)套設(shè)有管殼，所述超聲換能器轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述管殼內(nèi)側(cè)壁上；

入射光纖，其出射光線(xiàn)軸向透過(guò)所述超聲換能器照射在所述半球形內(nèi)凹面的球心；

錐面反射鏡，其反射錐面軸向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述半球形內(nèi)凹面的球心部位，入射光纖的入射光在所述反射錐面反射后從內(nèi)窺鏡側(cè)壁垂直出射在待測(cè)部位；

其中，所述半球形內(nèi)凹面中心的外側(cè)的內(nèi)凹面上設(shè)置有一個(gè)超聲振元，所述超聲振元發(fā)出的超聲波通過(guò)所述反射錐面反射后從內(nèi)窺鏡側(cè)壁傾斜出射在待測(cè)部位。

優(yōu)選的，所述入射光纖的出射光線(xiàn)透過(guò)所述超聲換能器以與所述反射錐面成45°夾角的方向入射到所述反射錐面上。

優(yōu)選的，所述錐面反射鏡設(shè)置在所述管殼內(nèi)，所述管殼的軸向與所述反射錐面成45°夾角，所述反射錐面中心外周的所述管殼上設(shè)置有環(huán)形透明窗口，所述管殼外套設(shè)有能透過(guò)光聲信號(hào)的外管。

優(yōu)選的，所述管殼前端設(shè)置有圓弧部，所述圓弧部?jī)?nèi)設(shè)置有磁矩耦合電機(jī)，所述磁矩耦合電機(jī)的輸出軸與所述錐面反射鏡端面連接。

優(yōu)選的，所述磁矩耦合電機(jī)靠近所述透明窗口設(shè)置，所述超聲換能器的外側(cè)端延伸至所述透明窗口處，靠近所述透明窗口的所述超聲換能器的一端部設(shè)置有通過(guò)產(chǎn)生磁矩變化控制所述磁矩耦合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部固定設(shè)置在所述管殼上，所述驅(qū)動(dòng)部與所述信號(hào)采集組件電連接。

優(yōu)選的，所述超聲振元的發(fā)射端對(duì)準(zhǔn)所述反射錐面，且所述超聲振元與所述半球形內(nèi)凹面中心通過(guò)反射錐面之間的夾角小于15°。

優(yōu)選的，所述外管為醫(yī)用氯乙烯管，所述入射光纖為多模光纖，其直徑為800um。

優(yōu)選的，所述入射光纖出射方向與錐面反射鏡的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)方向處于同一軸線(xiàn)上，所述錐面反射鏡錐面上鍍有高反射膜。

優(yōu)選的，所述超聲換能器的外側(cè)端與一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定在所述管殼的內(nèi)側(cè)壁上，所述超聲換能器的側(cè)壁上設(shè)置有一圓周齒輪帶，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接至所述齒輪帶上。

優(yōu)選的，所述管殼上設(shè)置有環(huán)形臺(tái)階，所述超聲換能器在所述環(huán)形臺(tái)階上360°來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，所述齒輪帶上設(shè)置有用于限制所述超聲換能器過(guò)轉(zhuǎn)的限位開(kāi)關(guān)，所述錐面反射鏡與所述超聲換能器同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1、本發(fā)明的內(nèi)窺鏡具有超聲探測(cè)、光聲探測(cè)以及超聲與光聲同時(shí)探測(cè)的三種工作模式，可以根據(jù)探測(cè)環(huán)境的需要由自由選取，探測(cè)模式選擇性更多，探測(cè)質(zhì)量顯著提高；

2、超聲探測(cè)和光聲探測(cè)有效形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使得探測(cè)深度更大、成像對(duì)比度和成像精度更高；

3、在超聲換能器上設(shè)置有半球形的探測(cè)面，其包絡(luò)超聲信號(hào)的反射路徑，提高了反饋信號(hào)接收的有效性，提高探測(cè)精度；

4、將超聲換能器設(shè)置在錐面反射鏡后端，同時(shí)將入射光纖穿過(guò)超聲換能器設(shè)置，縮小了探頭尺寸；

5、只使用了一個(gè)超聲振元，使其與錐面反射鏡同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了位置精準(zhǔn)的同步探測(cè)。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明內(nèi)窺鏡探頭的探測(cè)信號(hào)從上端出射時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)窺鏡探頭的探測(cè)信號(hào)從下端出射時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為超聲換能器的前視圖；

圖4為超聲換能器的后視圖；

以上附圖中：1、弧形部；2、入射光纖；3、超聲換能器；31、透視窗；32、超聲振元；33、齒輪帶；34、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；4、管殼；41、環(huán)形臺(tái)階；5、磁矩耦合電機(jī)；6、錐面反射鏡；7、外管；8、透明窗口；9、驅(qū)動(dòng)部；10、待測(cè)部位。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1-4所示，本發(fā)明提供一種全掃描光聲雙模內(nèi)窺鏡探頭，包括：

超聲換能器3，其一端設(shè)置為半球形內(nèi)凹面，所述半球形內(nèi)凹面配置為超聲探測(cè)接收面；如圖1中的左側(cè)內(nèi)凹面，本實(shí)施例中，超聲換能器設(shè)置為圓柱狀結(jié)構(gòu)，在圓柱的軸向一側(cè)開(kāi)設(shè)有一半徑與圓柱半徑一致的內(nèi)凹球面，在所述半球形內(nèi)凹面上布滿(mǎn)有超聲探測(cè)單元，用于探測(cè)接收并探測(cè)從待測(cè)部位反饋回來(lái)的超聲信號(hào)，且所述半球形內(nèi)凹面中心設(shè)置有一透視窗31，所述透視窗內(nèi)嵌在所述超聲換能器中，所述透視窗的外表面與所述半球形凹面齊平；所述超聲換能器的軸向外側(cè)套設(shè)有管殼4，所述超聲換能器360°轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述管殼內(nèi)側(cè)壁上；

入射光纖2，其入射端與激發(fā)光源發(fā)生器相連，所述超聲換能器3軸向開(kāi)設(shè)有與所述透視窗連通的通孔，所述入射光纖的出射端設(shè)置在所述通孔中，透視窗31密封設(shè)置在所述通孔的內(nèi)側(cè)一端，入射光纖的出射端口向外對(duì)準(zhǔn)透視窗，從而可以將入射光纖出射的光源透過(guò)透視窗而向外投射，所述入射光纖的出射光線(xiàn)透過(guò)所述透視窗對(duì)準(zhǔn)所述半球形內(nèi)凹面的球心；

錐面反射鏡6，其反射錐面軸向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在所述半球形內(nèi)凹面的球心部位，所述入射光纖的出射光線(xiàn)透過(guò)所述透視窗以與所述反射錐面成45°夾角的方向入射到所述反射錐面上，入射光纖的入射光在所述反射錐面反射后從內(nèi)窺鏡側(cè)壁垂直出射在待測(cè)部位10。

如圖1和2中的虛線(xiàn)所示，入射光在待測(cè)部位激發(fā)出超聲波信號(hào)后，超聲信號(hào)入射到探頭內(nèi)的錐面反射鏡上，經(jīng)反射后，傳播至超聲探測(cè)接收面上，生成電信號(hào)，由此還原生成待測(cè)部位的圖像，從而完成在光聲模式下的探測(cè)。

所述錐面反射鏡設(shè)置在所述管殼內(nèi)，所述管殼的軸向與所述反射錐面成45°夾角，所述反射錐面中心外周的所述管殼上設(shè)置有環(huán)形透明窗口8，所述管殼外套設(shè)有能透過(guò)光聲信號(hào)的外管7，光源入射到反射錐面并帶有一定角度進(jìn)行反射，依次透過(guò)所述透明窗口和外管，照射在待測(cè)部位上。

其中，所述半球形內(nèi)凹面中心的外側(cè)的內(nèi)凹面上設(shè)置有一個(gè)超聲振元32，所述超聲振元發(fā)出的超聲波通過(guò)所述反射錐面反射后從內(nèi)窺鏡側(cè)壁傾斜出射在待測(cè)部位，所述超聲振元與所述錐面反射鏡同步轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1和2中的直線(xiàn)所示，所述超聲振元32發(fā)射端對(duì)準(zhǔn)所述反射錐面，且所述超聲振元與所述半球形內(nèi)凹面中心通過(guò)反射錐面之間的夾角小于15°，本實(shí)施例中該夾角為7°，使得超聲振元發(fā)出的超聲波傾斜入射到錐面反射鏡上后，反射波能從所述透明窗口中傾斜向外傳播至待測(cè)部位，如果所述超聲振元與所述半球形內(nèi)凹面中心通過(guò)反射錐面之間的夾角過(guò)大，則在反射錐面上的反射波無(wú)法從透明窗口中向外傳播，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行超聲探測(cè)；超聲探測(cè)信號(hào)傳播至待測(cè)部位并產(chǎn)生反饋超聲信號(hào)后，該反饋超聲信號(hào)透過(guò)透明窗口傾斜傳播至反射錐面上，在反射追面上反射傳播至超聲探測(cè)接收面上，生成電信號(hào)，由此還原生成待測(cè)部位的圖像，從而完成超聲探測(cè)模式下的探測(cè)。

所述管殼前端設(shè)置有圓弧部1，便于內(nèi)窺鏡探頭移動(dòng)，降低阻力和與器官的摩擦，所述圓弧部?jī)?nèi)設(shè)置有磁矩耦合電機(jī)5，所述磁矩耦合電機(jī)的輸出軸與所述錐面反射鏡端面連接，且將所述磁矩耦合電機(jī)靠近所述透明窗口設(shè)置，在靠近所述透明窗口的所述超聲換能器的一端部設(shè)置有通過(guò)產(chǎn)生磁矩變化控制所述磁矩耦合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)部9，所述驅(qū)動(dòng)部固定設(shè)置在所述管殼上，所述驅(qū)動(dòng)部與所述信號(hào)采集組件電連接，驅(qū)動(dòng)部根據(jù)輸入信號(hào)來(lái)控制磁矩耦合電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)錐面反射鏡旋轉(zhuǎn)，將入射光線(xiàn)以逐圈掃描的方式入射到待測(cè)部位，激發(fā)出超聲波，由于采用耦合電機(jī)，透明窗口8處就無(wú)需導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)，也不會(huì)被導(dǎo)線(xiàn)阻擋可視角度，因此采用磁矩耦合電機(jī)增加了透明窗口8的可視角度（360度）。如圖1所示，探測(cè)信號(hào)從探頭上端入射到待測(cè)部位，當(dāng)反射錐面旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，如圖2所示，探測(cè)信號(hào)從探頭下端入射到待測(cè)部位。

一種實(shí)施例中，所述入射光纖的出射光線(xiàn)透過(guò)所述超聲換能器以與所述反射錐面成45°夾角的方向入射到所述反射錐面上，出射光線(xiàn)經(jīng)所述反射錐面反射后照射在待測(cè)部位。

上述技術(shù)方案中，所述外管為醫(yī)用氯乙烯管，所述入射光纖為多模光纖，其直徑為800um。

上述技術(shù)方案中，所述入射光纖出射方向與錐面反射鏡的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)方向處于同一軸線(xiàn)上，所述錐面反射鏡錐面上鍍有高反射膜，以增加反射率，入射光線(xiàn)的入射方向與磁矩耦合電機(jī)的輸出軸同軸，隨著錐面反射鏡的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，入射光線(xiàn)始終與錐面成45°夾角，同時(shí)反射光線(xiàn)垂直于管殼向外出射照射在待測(cè)部位。

如圖3所示，圖中虛線(xiàn)圓圈為所述超聲振元隨所述超聲換能器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)路徑，所述超聲振元與所述錐面反射鏡同步轉(zhuǎn)動(dòng)，具體的，在所述超聲換能器的外側(cè)端與一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34固定在所述管殼4的內(nèi)側(cè)壁上，所述管殼上設(shè)置有環(huán)形臺(tái)階41，所述超聲換能器在所述環(huán)形臺(tái)階上360°來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)34可以選為同步電機(jī)，所述同步電機(jī)與磁矩耦合電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)，所述錐面反射鏡與超聲換能器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述超聲振元與所述反射錐面之間的相對(duì)位置始終不變，在所述超聲換能器的側(cè)壁上設(shè)置有一圓周齒輪帶33，如圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接至所述齒輪帶33上，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲換能器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，所述齒輪帶33上設(shè)置有用于限制所述超聲換能器過(guò)轉(zhuǎn)的限位開(kāi)關(guān)，避免超聲換能器在同一方向上超過(guò)360°旋轉(zhuǎn)，使得探頭內(nèi)部的走線(xiàn)攪亂。

具體工作模式：

在光聲探測(cè)模式下，采用的光源為激光，當(dāng)寬束短脈沖激光輻照生物組織時(shí)，位于組織體內(nèi)的吸收體吸收脈沖光能量，從而升溫膨脹，產(chǎn)生超聲波，激光透過(guò)所述透視窗以與所述反射錐面成45°夾角的方向入射到所述反射錐面上，90°反射后從透明窗口垂直出射到待測(cè)部位，激發(fā)超聲波，超聲波信號(hào)依次透過(guò)外管和透明窗口，照射在反射錐面上，并90°反射到探測(cè)面上，超聲換能器接收超聲反饋信號(hào)，生成電信號(hào)，由此還原生成待測(cè)部位的圖像，從而完成超聲探測(cè)模式下的探測(cè)。隨著錐面反射鏡的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)待測(cè)部位的360°成像。

在超聲探測(cè)模式下，在錐面反射鏡和超聲振元同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，超聲振元發(fā)出超聲信號(hào)，并傾斜入射到反射錐面上，使得超聲振元發(fā)出的超聲波傾斜入射到錐面反射鏡上后，反射波能從所述透明窗口中傾斜向外傳播至待測(cè)部位，超聲探測(cè)信號(hào)傳播至待測(cè)部位并產(chǎn)生反饋超聲信號(hào)后，該反饋超聲信號(hào)透過(guò)透明窗口傾斜傳播至反射錐面上，在反射追面上反射傳播至超聲探測(cè)接收面上，生成電信號(hào)，由此還原生成待測(cè)部位的圖像，從而完成超聲探測(cè)模式下的探測(cè)。隨著錐面反射鏡的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)改變受激的超聲振元，以完成對(duì)待測(cè)部位的360°探測(cè)。

在超聲和光聲同時(shí)探測(cè)模式下，激光信號(hào)和超聲振元的超聲激發(fā)信號(hào)同時(shí)發(fā)出，按各自的傳播路徑傳播至待測(cè)部位，激發(fā)待測(cè)部位的超聲信號(hào)，并按各自的反饋路徑傳播至超聲探測(cè)接收面上，產(chǎn)生相應(yīng)的超聲反饋信號(hào)，生成電信號(hào)，由此還原生成待測(cè)部位的圖像，并隨著錐面反射鏡的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)待測(cè)部位的360°成像。

由上所述，本發(fā)明的內(nèi)窺鏡具有超聲探測(cè)、光聲探測(cè)以及超聲與光聲同時(shí)探測(cè)的三種工作模式，可以根據(jù)探測(cè)環(huán)境的需要由自由選取，探測(cè)模式選擇性更多，探測(cè)質(zhì)量顯著提高；并且，超聲探測(cè)和光聲探測(cè)有效形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使得探測(cè)深度更大、成像對(duì)比度和成像精度更高；同時(shí)，在超聲換能器上設(shè)置有半球形的探測(cè)面，其包絡(luò)超聲信號(hào)的反射路徑，提高了反饋信號(hào)接收的有效性，提高探測(cè)精度；進(jìn)一步的，將超聲換能器設(shè)置在錐面反射鏡后端，同時(shí)將入射光纖穿過(guò)超聲換能器設(shè)置，縮小了探頭尺寸。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)組織體較大深度的高分辨率、高對(duì)比度的功能成像，并且，只使用了一個(gè)超聲振元，使其與錐面反射鏡同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了位置精準(zhǔn)的同步探測(cè)。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。