一種采用后驅式直腸內(nèi)多模成像掃描頭的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及直腸內(nèi)成像技術，特別涉及一種采用后驅式直腸內(nèi)多模成像掃描頭的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的臨床直腸內(nèi)成像技術有三種，直腸電子內(nèi)鏡、直腸超聲內(nèi)鏡、冷光源光學內(nèi)窺鏡。直腸電子內(nèi)鏡是利用超小型電荷耦合器件(CCD)技術制造的電子視頻內(nèi)窺鏡產(chǎn)品，由于CCD接收的是光學散射或者反射光信號，存在穿透深度淺(微米級)的缺點，無法提供直腸壁和直腸壁下組織的細節(jié)信息。直腸超聲內(nèi)窺成像是基于檢測超聲信號在直腸壁中的回波進行的，可以對直腸壁不同組織深度進行成像，從而反映直腸組織聲阻抗的差異性，但是由于各軟組織成分的聲阻抗較為接近，所以超聲成像技術不能夠準確識別血管，并且成像分辨率不夠高。冷光源光學內(nèi)窺鏡是利用轉像透鏡或者傳像光纖進行傳送圖像，通過目鏡直接觀察，由于其仍舊是光散射或反射成像，只能夠檢測淺表圖像(微米級)。因此研發(fā)高分辨率和大深度，可獲得形態(tài)和組分信息的直腸內(nèi)成像系統(tǒng)，已成為臨床應用的迫切需求。
[0003]現(xiàn)有技術《直腸內(nèi)光學、光聲、超聲多模成像內(nèi)窺鏡及其成像方法》，申請?zhí)枮?01310739425.X的專利文件公開了一種直腸內(nèi)光學、光聲和超聲多模成像方法，該技術采用前置微型電機帶動反射鏡旋轉，從而進行360°環(huán)形掃描；其不足是，由于采用前置微型電機帶動反射鏡掃描成像，前置微型電機的控制線會通過成像窗口與后端的電機控制器相連，當光聲和超聲成像時，激光和超聲在掃描到控制線區(qū)域時，激光和超聲被遮擋無法照射到直腸，從而導致現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)360°全視場光聲和超聲成像。同時，由于采用單一反射鏡，很難同時得到高反光率和反聲率，影響了光聲和超聲成像的靈敏度。
[0004]現(xiàn)有技術《聚焦式旋轉掃描光聲超聲血管內(nèi)窺成像裝置及其成像方法》，申請?zhí)枮?01210220399.5的專利文件公開了一種聚焦式旋轉掃描光聲超聲血管內(nèi)窺鏡成像裝置，該技術采用柱面鏡對激光進行匯聚，匯聚后的激光為一條線；其不足是，由于采用柱面鏡進行激光匯聚，匯聚的激光焦線使得受激發(fā)部位的激光能量密度降低，所以光聲信號靈敏度低并且分辨率不佳。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本實用新型的目的是:提供一種采用后驅式直腸內(nèi)多模成像掃描頭的系統(tǒng)，可獲得光聲圖像、超聲圖像、光學圖像，三種成像可單獨進行或同時進行，通過三種圖像獲得直腸內(nèi)多參量物理信息和多尺度的結構成像。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種采用后驅式直腸內(nèi)多模成像掃描頭的系統(tǒng)，多模成像系統(tǒng)包括脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路、激勵光源、匹配光路、后驅掃描系統(tǒng)、多模成像掃描頭、反相電路、超聲發(fā)射接收器、信號采集與控制系統(tǒng)；所述的多模成像掃描頭包括:單模光纖、光束變換組件、中空傳動軸、中空聚焦超聲探頭、反聲鏡、反光鏡、反聲鏡殼體、圖像傳感器、中段透光管；
[0008]所述的脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路、激勵光源、匹配光路、單模光纖、光束變換組件依次相接；
[0009]所述的脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路、反相電路、超聲發(fā)射接收器、中空聚焦超聲探頭依次相接，超聲發(fā)射接收器與信號采集與控制系統(tǒng)相接；
[0010]所述的信號采集與控制系統(tǒng)與采集圖像信號的圖像傳感器相接；
[0011]中空傳動軸和反聲鏡殼體均設置在多模成像掃描頭內(nèi)，驅動中空傳動軸旋轉的后驅掃描系統(tǒng)與脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路相接，后驅掃描系統(tǒng)、中空傳動軸、反聲鏡殼體依次固定連接;
[0012]單模光纖、光束變換組件、中空聚焦超聲探頭、反聲鏡、反光鏡、圖像傳感器依次排列設置在中空傳動軸和反聲鏡殼體的內(nèi)腔；隨反聲鏡殼體旋轉的中空聚焦超聲探頭固定在反聲鏡殼體的內(nèi)腔，反聲鏡和反光鏡均安裝在反聲鏡殼體內(nèi)，反聲鏡和反光鏡共同形成一斜面；中段透光管安裝在多模成像掃描頭的外部，并對應反聲鏡和反光鏡的位置。
[0013]所述的脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路為矩形波信號發(fā)射電路，發(fā)射的矩形波信號的頻率范圍為10Hz?IMHz ;矩形波信號的占空比的范圍為1%?99%，且占空比可調(diào)；矩形波信號的上升沿時間<100ns。
[0014]將脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路輸出的矩形波信號的高低電平轉換的反相電路為同步觸發(fā)信號反相器，反相后的矩形波信號的上升沿時間<100ns。
[0015]所述的多模成像掃描頭還包括后段支撐管、前段支撐管、光學圖像窗，后段支撐管、中段透光管、前段支撐管依次連接，光學圖像窗設置在前段支撐管的前端。
[0016]所述的后段支撐管、中段透光管、前段支撐管的長度依次為20Cm、7mm、27mm，外徑均為12_。
[0017]所述的多模成像掃描頭還包括透光隔離窗口和密封圈；密封圈設置在反聲鏡殼體的外壁上，位于中空聚焦超聲探頭和反聲鏡之間的位置，透光隔離窗口固定在中空聚焦超聲探頭的通孔上。
[0018]所述的中空聚焦超聲探頭的焦距的范圍為20mm?25mm，圖像傳感器設置在反聲鏡殼體前段的內(nèi)腔內(nèi)，圖像傳感器的像素為42萬。
[0019]所述的多模成像掃描頭還包括固定管和軸承；固定管的一端與后驅掃描系統(tǒng)相連，另一端連接軸承的內(nèi)壁和光束變換組件，軸承與中空傳動軸內(nèi)壁過盈配合，光束變換組件緊靠軸承后端設置。
[0020]所述的反聲鏡的聲反射率>90%，反光鏡的光反射率>90%。
[0021]所述的激勵光源為納秒脈沖激光器。
[0022]本實用新型的原理是:
[0023]脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路發(fā)射同步觸發(fā)信號控制激勵光源輸出激光，并經(jīng)匹配光路高效率地耦合進單模光纖，然后經(jīng)過光束變換組件、中空聚焦超聲探頭到達反光鏡，再經(jīng)過反光鏡反射后，透過中段透光管垂直照射在直腸管腔上，直腸管腔激發(fā)出光聲信號。脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路發(fā)射同步觸發(fā)信號，經(jīng)反相電路反相后，反相同步觸發(fā)信號控制超聲發(fā)射接收器發(fā)射超聲信號，經(jīng)中空聚焦超聲探頭的信號線到達反聲鏡殼體，反聲鏡和反光鏡90°反射后，透過中段透光管入射到直腸管腔上，直腸管腔反射超聲回波信號。圖像傳感器采集直腸管腔的圖像信號，用以光學成像。
[0024]直腸管腔組織中激發(fā)產(chǎn)生的光聲信號及反射的超聲回波信號，經(jīng)過中段透光管到達反聲鏡殼體，經(jīng)反光鏡和反聲鏡反射后被中空聚焦超聲探頭所探測，超聲發(fā)射接收器通過中空聚焦超聲探頭的信號線采集中空聚焦超聲探頭探測到的光聲信號和超聲回波信號，脈沖寬度調(diào)制電路發(fā)射同步觸發(fā)信號控制信號采集與控制系統(tǒng)獲取超聲發(fā)射接收器采集到的光聲信號和超聲回波信號。信號采集與控制系統(tǒng)獲取圖像傳感器采集到的圖像信號。
[0025]采集完直腸內(nèi)某一位置的光聲信號和超聲回波信號后，脈沖寬度調(diào)制觸發(fā)電路輸出同步觸發(fā)信號控制后驅掃描系統(tǒng)帶動中空傳動軸旋轉，最終帶動反聲鏡殼體旋轉，對下一個位置進行光聲信號以及超聲回波信號的采集，反聲鏡殼體旋轉一周，即完成360°直腸管腔的掃描。
[0026]采集到光聲信號數(shù)據(jù)和超聲回波信號數(shù)據(jù)再通過圖形處理器利用有限角度畫弧投影算法處理，得到直腸管腔的光聲圖像和超聲圖像；信號采集與控制系統(tǒng)再獲取圖像傳感器采集到的直腸管腔的光學信號，并通過Iabview實時顯示；三種模式所成的圖像實時顯示在計算