1.一種血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,包括:光聲信號(hào)激發(fā)組件、旋轉(zhuǎn)組件、信號(hào)采集組件、信號(hào)處理及圖像重建組件;
所述光聲信號(hào)激發(fā)組件包括脈沖激光器、光纖耦合器、多模光纖、光纖滑環(huán)、聚焦GRIN透鏡和鍍膜反射鏡;所述旋轉(zhuǎn)組件包括步進(jìn)電機(jī)、電滑環(huán)和扭矩線(xiàn)圈;所述信號(hào)采集組件包括超聲換能器和數(shù)據(jù)采集卡;所述信號(hào)處理及圖像重建組件包括放大器、前置放大器、示波器、鎖相放大器和計(jì)算機(jī);
所述光纖耦合器、光纖、光纖滑環(huán)、電滑環(huán)、扭矩線(xiàn)圈、多模光纖、聚焦GRIN透鏡、鍍膜反射鏡、超聲換能器與一體化外殼依次同軸機(jī)械緊固;所述脈沖激光器、示波器、鎖相放大器、超聲換能器、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)依次電氣連接;所述脈沖激光器與鎖相放大器連接;所述鎖相放大器一方面與計(jì)算機(jī)連接,另一方面與鎖相放大器、超聲換能器連接;所述脈沖激光器與示波器連接,所述示波器一方面與超聲換能器連接,另一方面與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述多模光纖尾端、聚焦GRIN透鏡、鍍膜反射鏡、以及超聲換能器統(tǒng)一裝配在一體化外殼內(nèi)組裝成血管內(nèi)窺鏡,內(nèi)窺鏡直徑為1mm,總長(zhǎng)度為8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述超聲換能器為血管內(nèi)粘彈性超聲探頭,探頭中心頻率為3MHz,接收超聲信號(hào)的頻率范圍1.5MHz~4.5MHz,超聲換能器尺寸為長(zhǎng)4mm,寬0.6mm,高0.7mm;所述血管內(nèi)粘彈性超聲探頭由復(fù)合材料晶片、匹配層和背襯材料構(gòu)成,并采用重背材單層匹配層的制作方法制成,既能獲取高分辨率光聲信息,也能由鎖相放大器處理獲得工作頻率范圍內(nèi)的相位信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述聚焦GRIN透鏡為聚焦準(zhǔn)直透鏡,焦長(zhǎng)為4mm,且和鍍膜反射鏡膠連,聚焦GRIN透鏡直徑為0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述鍍膜反射鏡用于增加反射功率,其為直角棱鏡,斜面與直角邊的夾角分別為30°和60°,所以,輸出光與出射面夾角為30°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述多模光纖輸出光經(jīng)聚焦GRIN透鏡以及鍍膜反射鏡反射后的激光焦點(diǎn)位于超聲換能器的正上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述步進(jìn)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)和平移步進(jìn)電機(jī),均為兩相步進(jìn)電機(jī),最小步進(jìn)角為0.9°;所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)掃描,所述平移步進(jìn)電機(jī)用于掃描完一圈后的前進(jìn)掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述脈沖激光器重復(fù)頻率為3MHz,使用鎖相放大器最大鎖相頻率為3MHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡,其特征在于,所述鎖相放大器使用16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器,最大鎖相頻率為3MHz,采用FPGA+ARM平臺(tái)架構(gòu),基于數(shù)字調(diào)制、輸出濾波器,能夠精確、快速測(cè)量出淹沒(méi)在大噪聲中的有效信號(hào)分量,抑制無(wú)用噪聲,改善檢測(cè)信噪比,并獲取光聲信號(hào)的相位信息,計(jì)算出粘彈比。
10.一種血管內(nèi)光聲吸收、彈性、粘性多模成像一體化內(nèi)窺鏡的成像方法,其特征在于,包括下述步驟:
(1)激發(fā):脈沖激光器輸出脈沖激光,脈沖激光經(jīng)光纖耦合器耦合進(jìn)入多模光纖,從光纖輸出的脈沖光經(jīng)光纖滑環(huán)然后經(jīng)過(guò)聚焦GRIN透鏡準(zhǔn)直聚焦,進(jìn)入反射鏡,由反射鏡反射到血管內(nèi)壁激發(fā)出光聲信號(hào);
(2)采集:血管內(nèi)壁組織中激發(fā)產(chǎn)生的光聲信號(hào),被超聲換能器所探測(cè),經(jīng)放大器放大后被分成三路:一部分傳輸?shù)礁咚贁?shù)據(jù)采集卡采集存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中;另一部分經(jīng)放大器放大后傳輸?shù)绞静ㄆ髦校幚砗蟮贸鑫灰频纳仙龝r(shí)間;第三部分傳輸?shù)角爸梅糯笃髦薪?jīng)放大后傳輸?shù)芥i相放大器中,得出相位差,最終所有數(shù)據(jù)全部匯總在計(jì)算機(jī)中;
(3)掃描:完成了某一位置的光聲信號(hào)采集后,計(jì)算機(jī)上的控制軟件控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)扭矩線(xiàn)圈以及一體化窺鏡同步旋轉(zhuǎn),直至采集完一周,位移步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行移動(dòng),對(duì)下一位置進(jìn)行光聲信號(hào)的采集,如此,直至完成整個(gè)血管內(nèi)壁的環(huán)形掃描;
(4)圖像重建以及顯示:記錄并在圖像處理軟件上處理光聲信號(hào)數(shù)據(jù),可進(jìn)行光聲成像,再根據(jù)示波器可以得出樣品表面振動(dòng)位移的上升時(shí)間,可以得到彈性參數(shù),通過(guò)以下公式:
E=2.998ρ(R/tmax)2
其中,E為彈性模量,ρ為生物組織密度,R為光斑半徑,tmax為樣品表面振動(dòng)位移的上升時(shí)間,測(cè)出樣品表面振動(dòng)位移的上升時(shí)間即可得出彈性模量,可進(jìn)行彈性成像;再由鎖相放大器得出探測(cè)到信號(hào)與初始信號(hào)的相位差δ,可根據(jù)
tanδ=ηω/E,
得到粘性圖像;其中,δ為相位差,η為粘性,ω為激光器的重復(fù)頻率,E為彈性模量;三種模式所成的圖像均顯示在計(jì)算機(jī)的顯示器上。