檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置的制作方法

本發(fā)明涉及內(nèi)窺鏡技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置。

背景技術(shù)：

光聲成像是近年來國際上新興的一種無損、在體生物醫(yī)學(xué)成像方法。由于其融合了光學(xué)和超聲兩種成像模式的優(yōu)點，兼具光學(xué)成像的高對比度和超聲對深組織成像的高空間分辨率，已成為目前發(fā)展最快的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)之一。光聲成像基本原理是通過探測生物組織吸收脈沖激光后，因瞬時熱膨脹而產(chǎn)生的超聲信號，反演組織體內(nèi)光能量的沉積。而利用光學(xué)吸收對比度的光聲內(nèi)窺成像，同時能夠?qū)ι锝M織的形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分以及生理功能信息進行三維成像，對早期診斷心血管病和惡性腫瘤等疾病有極其重大的意義和臨床價值。

以光聲內(nèi)窺探頭為例，在光聲內(nèi)窺成像系統(tǒng)中，光聲內(nèi)窺探頭作為成像系統(tǒng)中關(guān)鍵器件，對系統(tǒng)的成像性能具有重要影響。光聲內(nèi)窺探頭的光場和聲場在探測區(qū)域的耦合效率，對于光聲內(nèi)窺探頭的成像性能具有重要影響。比如：工作距離，光聲最佳重疊區(qū)域以及系統(tǒng)的信噪比等。而光聲內(nèi)窺探頭的光束角度以及聲場角度誤差直接影響內(nèi)窺探頭的光和聲耦合效率。因此，亟需開發(fā)一種對內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差進行有效測試的方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對光聲內(nèi)窺鏡裝配過程中存在的光發(fā)射角度與超聲換能器的聲束接收面之前存在偏差,造成光束與聲束重疊區(qū)域減小,從而影響內(nèi)窺型探頭對光聲信號的探測效率的問題。本發(fā)明實施例提出一種檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置，為檢測內(nèi)窺型探頭的裝配中光場和聲場的耦合效率提供了一種有效的評估手段。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置，包括：

控制模塊、光源、超聲收發(fā)儀、光場數(shù)據(jù)測試模塊、探頭角度測試模塊、檢測模塊和超聲強度測試模塊；其中，所述內(nèi)窺型探頭、所述光場數(shù)據(jù)測試模塊均設(shè)置在所述探頭角度測試模塊上；所述控制模塊控制步進電機，在所述步進電機的作用下，探頭角度測試模塊的旋轉(zhuǎn)板與所述光場測試儀同時發(fā)生旋轉(zhuǎn)；

所述控制模塊分別控制所述光源和所述超聲收發(fā)儀，所述光源發(fā)出光信號，所述超聲收發(fā)儀發(fā)出激勵電信號；

所述光信號經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的光學(xué)聚焦元件后被所述光場數(shù)據(jù)測試模塊接收；所述激勵電信號經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的超聲換能器轉(zhuǎn)換為超聲波，所述超聲波經(jīng)過所述探頭角度測試模塊的旋轉(zhuǎn)板反射后再經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的超聲換能器轉(zhuǎn)換為超聲電信號，所述超聲收發(fā)儀接收所述超聲電信號，通過所述數(shù)據(jù)采集模塊采集所述超聲電信號；

所述光場數(shù)據(jù)測試模塊對所述光信號進行處理，獲得發(fā)生旋轉(zhuǎn)時每個步進電機位置處的光場數(shù)據(jù)信息；所述超聲強度測試模塊對所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的所述超聲電信號進行處理，獲得發(fā)生旋轉(zhuǎn)時每個步進電機位置處的超聲幅值信息；

所述檢測模塊根據(jù)所述光場數(shù)據(jù)信息對應(yīng)的步進電機位置與所述超聲幅值信息對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

優(yōu)選地，所述光場數(shù)據(jù)測試模塊為ccd相機或光束質(zhì)量分析儀。

優(yōu)選地，所述光場數(shù)據(jù)信息為光斑有效面積。

優(yōu)選地，所述檢測模塊通過旋轉(zhuǎn)過程中光斑有效面積的最小值對應(yīng)的步進電機位置與旋轉(zhuǎn)過程中超聲信號的幅值最大值對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

優(yōu)選地，所述光場數(shù)據(jù)測試模塊為光電探測器。

優(yōu)選地，所述光場數(shù)據(jù)信息為光信號強度。

優(yōu)選地，所述檢測模塊通過旋轉(zhuǎn)過程中光信號強度的最大值對應(yīng)的步進電機位置與旋轉(zhuǎn)過程中超聲信號的幅值最大值對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

優(yōu)選地，所述內(nèi)窺型探頭為光聲內(nèi)窺探頭、光學(xué)相干層析成像與超聲結(jié)合雙模態(tài)內(nèi)窺型探頭、熒光與超聲結(jié)合的雙模態(tài)內(nèi)窺型探頭或者光學(xué)與超聲結(jié)合的多模態(tài)內(nèi)窺型探頭。

優(yōu)選地，所述探頭角度測試模塊包括：底面安裝板、步進電機、水槽、探頭夾持底座以及旋轉(zhuǎn)板組成；其中，

所述步進電機和所述水槽安裝于所述底面安裝板上；

所述探頭夾持底座安裝于所述水槽內(nèi)，用于夾持所述內(nèi)窺型探頭；

所述旋轉(zhuǎn)板安裝于所述步進電機轉(zhuǎn)子一端。

優(yōu)選地，所述光源發(fā)射的光信號波長范圍為400nm-2500nm。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：

本技術(shù)方案通過控制模塊對探頭角度測試模塊中的步進電機進行精確控制，從而自動檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差，可以有效評估內(nèi)窺型探頭的制作工藝的制作精度以及探頭制作的成功率。另外，本技術(shù)方案的光源可以為400nm-2500nm寬波長范圍的激光光源，因此本發(fā)明適用于對各種波長的內(nèi)窺型探頭進行測試。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例涉及的一種內(nèi)窺型探頭的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的右視圖為角度下的光場和聲場耦合示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的前視圖為角度下的光場和聲場匹配示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的前視圖為角度下的光場和聲場失配示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提出的一種檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置的功能框圖；

圖6為本實施例中探頭角度測試模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本實施例中光斑有效面積的獲取流程圖；

圖8為本實施例的光斑的強度曲線示意圖；

圖9為本實施例中超聲信號的幅值的獲取流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明實施例涉及的一種內(nèi)窺型探頭的結(jié)構(gòu)主視圖。內(nèi)窺型探頭由光纖、自聚焦透鏡、直角棱鏡、超聲換能器、不銹鋼管以及彈簧線圈組成。其中，自聚焦透鏡將光纖中的光束匯聚，光束經(jīng)過直角棱鏡折轉(zhuǎn)方向后，與超聲換能器的聲場在特定成像范圍進行光場和聲場的耦合。

在光聲內(nèi)窺成像系統(tǒng)中，光聲信號產(chǎn)生的基本原理是：當(dāng)用短脈沖激光照射生物組織時，組織對光具有吸收特性，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，致使被照射的組織局部溫度升高，溫度升高后導(dǎo)致熱膨脹而產(chǎn)生壓力波，該壓力波就是光聲信號。因此，光聲信號的產(chǎn)生過程就是“光能”-“熱能”-“機械能”的轉(zhuǎn)化過程。

光聲成像過程可以分為三個部分：信號的產(chǎn)生、信號的接收和信號處理及圖像重建。由于脈沖激光器具有光聲轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，因此通常被作為光聲成像研究中產(chǎn)生信號的激勵源。脈沖激光器發(fā)出的激光束照射在待研究組織樣品上，由于組織樣品的吸收效應(yīng)，在樣品內(nèi)部形成了與組織光學(xué)參數(shù)相關(guān)的能量沉積分布。由于激光脈寬很窄(ns)吸收的能量不能在短時間內(nèi)釋放，導(dǎo)致瞬間溫度變化，從而通過熱彈機制轉(zhuǎn)化為熱膨脹。周期性熱流使周圍的介質(zhì)熱脹冷縮而激發(fā)超聲波，由于這種超聲波信號的特殊產(chǎn)生機理，為了區(qū)別于其它的超聲信號，通常稱為光聲信號。利用超聲探測器接收光聲信號并對采集到的信號進行適當(dāng)?shù)靥幚砗筒捎孟鄳?yīng)的圖像重建算法，就能夠得到樣品內(nèi)部光吸收特性的分布。當(dāng)保證入射光的均勻性的前提下，光聲重建圖像與吸收分布具有一一對應(yīng)的關(guān)系。

如圖2所示，為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的右視圖為角度下的光場和聲場耦合示意圖。由上述描述的光聲成像原理可知，在光場和聲場重疊區(qū)域為光聲成像的最佳成像范圍。

如圖3所示，為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的前視圖為角度下的光場和聲場匹配示意圖。如圖4所示，為本發(fā)明實施例的以內(nèi)窺型探頭的前視圖為角度下的光場和聲場失配示意圖。當(dāng)光場和聲場匹配時，光場和聲場完全重疊，這時光場和聲場的出射角度無偏差，耦合效率高。當(dāng)光場和聲場失配時，光場和聲場重疊區(qū)域減少，并且光聲成像的工作距離改變，影響成像質(zhì)量。并且，一旦出現(xiàn)部分重疊情況，說明光場和聲場的出射角度有偏差。本技術(shù)方案就是檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差，可以有效評估內(nèi)窺型探頭的制作工藝的制作精度以及探頭制作的成功率。

如圖5所示，為本發(fā)明實施例提出的一種檢測內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差的裝置的框圖。包括：

控制模塊、光源、超聲收發(fā)儀、光場數(shù)據(jù)測試模塊、探頭角度測試模塊、檢測模塊和超聲強度測試模塊；其中，所述內(nèi)窺型探頭、所述光場數(shù)據(jù)測試模塊均設(shè)置在所述探頭角度測試模塊上；所述控制模塊控制步進電機，在所述步進電機的作用下，探頭角度測試模塊的旋轉(zhuǎn)板與所述光場測試儀同時發(fā)生旋轉(zhuǎn)。如圖6所示，為本實施例中探頭角度測試模塊結(jié)構(gòu)示意圖。包括：底面安裝板、步進電機、水槽、探頭夾持底座以及旋轉(zhuǎn)板組成；其中，

所述步進電機和所述水槽安裝于所述底面安裝板上；

所述探頭夾持底座安裝于所述水槽內(nèi)，用于夾持所述內(nèi)窺型探頭；

所述旋轉(zhuǎn)板安裝于所述步進電機轉(zhuǎn)子一端。

所述控制模塊分別控制所述光源和所述超聲收發(fā)儀，所述光源發(fā)出光信號，所述超聲收發(fā)儀發(fā)出激勵電信號。

所述光信號經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的光學(xué)聚焦元件后被所述光場數(shù)據(jù)測試模塊接收；所述激勵電信號經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的超聲換能器轉(zhuǎn)換為超聲波，所述超聲波經(jīng)過所述探頭角度測試模塊的旋轉(zhuǎn)板反射后再經(jīng)過所述內(nèi)窺型探頭內(nèi)的超聲換能器轉(zhuǎn)換為超聲電信號，所述超聲收發(fā)儀接收所述超聲電信號，通過所述數(shù)據(jù)采集模塊采集所述超聲電信號。

所述光場數(shù)據(jù)測試模塊對所述光信號進行處理，獲得發(fā)生旋轉(zhuǎn)時每個步進電機位置處的光場數(shù)據(jù)信息；所述超聲強度測試模塊對所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的所述超聲電信號進行處理，獲得發(fā)生旋轉(zhuǎn)時每個步進電機位置處的超聲幅值信息。

所述檢測模塊根據(jù)所述光場數(shù)據(jù)信息對應(yīng)的步進電機位置與所述超聲幅值信息對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

在一實施例中，所述光場數(shù)據(jù)測試模塊為ccd相機或光束質(zhì)量分析儀。ccd相機或光束質(zhì)量分析儀對所述光信號進行處理，獲得光斑有效面積。如圖7所示，為本實施例中光斑有效面積的獲取流程圖。包括：

將ccd相機或光束質(zhì)量分析儀采集到的光斑圖像原始數(shù)據(jù)去除背景噪聲干擾，然后求得圖像中像元最大值所對應(yīng)的x軸和y軸對應(yīng)的光斑的強度曲線。如圖8所示，為本實施例的光斑的強度曲線示意圖。根據(jù)光斑的強度曲線取其半高全寬值，利用半高全寬值求得x軸和y軸各自對應(yīng)的光斑直徑，利用x軸和y軸各自對應(yīng)的光斑直徑通過橢圓計算公式求出光斑的有效面積；同時保存當(dāng)前電機所在位置。

在本實施例中，檢測模塊通過旋轉(zhuǎn)過程中光斑有效面積的最小值對應(yīng)的步進電機位置與旋轉(zhuǎn)過程中超聲信號的幅值最大值對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

在另一實施例中，所述光場數(shù)據(jù)測試模塊為光電探測器。光電探測器對所述光信號進行處理，獲得光信號強度。所述檢測模塊通過旋轉(zhuǎn)過程中光信號強度的最大值對應(yīng)的步進電機位置與旋轉(zhuǎn)過程中超聲信號的幅值最大值對應(yīng)的步進電機位置確定所述內(nèi)窺型探頭的光場與聲場的出射角度偏差。

在上述兩個實施例中，超聲信號的幅值的獲取如圖9所示。包括：

將數(shù)據(jù)采集模塊獲取的超聲原始數(shù)據(jù)，首先進行去除背景噪聲，然后進行希爾伯特變換求取包絡(luò)，對包絡(luò)后的信息再進行高通濾波，濾除低頻噪聲，然后求出超聲信號的幅值。，并保存當(dāng)前電機所在的位置。

對于本技術(shù)方案來說，所述內(nèi)窺型探頭可以為光聲內(nèi)窺探頭、光學(xué)相干層析成像與超聲結(jié)合雙模態(tài)內(nèi)窺型探頭、熒光與超聲結(jié)合的雙模態(tài)內(nèi)窺型探頭或者光學(xué)與超聲結(jié)合的多模態(tài)內(nèi)窺型探頭。只要檢測光場與聲場的出射角度偏差，本技術(shù)方案均適用于光學(xué)與超聲結(jié)合的至少兩種模態(tài)的內(nèi)窺型探頭。

本技術(shù)方案通過控制模塊對探頭角度測試模塊中的步進電機進行精確控制，從而自動檢測光場與聲場的出射角度偏差，可以有效評估內(nèi)窺型探頭的制作工藝的制作精度以及探頭制作的成功率。另外，本技術(shù)方案的光源可以為400nm-2500nm寬波長范圍的激光光源，因此本發(fā)明適用于對各種波長的內(nèi)窺型探頭進行測試。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。