一种超声和光学双模式肝内窥成像系统的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种超声和光学双模式肝内窥成像系统。

背景技术：

2.世界卫生组织国际癌症研究机构(iarc)发布的2020年全球最新癌症负担数据显示：全球肝癌的发病率位居新发癌症的第五位，死亡率位居癌症死亡的第三位。中国肝癌的发病率位居新发癌症的第五位，死亡率位居肝癌死亡的第二位，情况也不容乐观。肝癌的预后较差，其5年生存率低于50％。
3.肝癌的首选方法是肝癌切除手术。在肝癌切除手术中，病灶的过度切除会导致肝储备功能不足而导致肝衰竭，病灶切除不足则会导致复发，因此，病灶切除范围的精确评估是临床需要关注的重要问题。
4.目前，临床上通常使用基于光学技术原理的腹腔镜来引导肝癌切除手术。然而，传统的腹腔镜成像深度较浅，无法观察深层的病灶，操作者进行手术时也只能依靠经验对癌变组织进行判断，难以保证切除的精确性，同时，临床上也采用术中超声对病灶进行尺寸评估，用于肝癌手术的精确切除，但术中超声探头无法直接获得病灶的表面信息，仍然需要光学腹腔镜的辅助。
5.为了解决上述难题，目前，也存在一些集成了超声技术和光学成像技术的成像系统，例如，授权公告号为cn104248419b的中国发明专利公开了一种内窥成像用超声/光学双模成像探头及成像方法，其中，通过在超声/光学双模成像探头中增设一带有光学反射界面和超声反射界面的反射元件，利用该反射元件同时侧向反射光学信号和超声信号，以便能够在同一时刻对同一个管腔截面进行双模成像，并能够同时获得管腔的三维图像，如此，即可使得上述探头结合超声成像的超大成像深度和光学成像超高分辨率等优点。
6.然而，上述虽然能够获得三维图像，但是这些成像系统并不适用于肝癌切除手术中应用，其主要的原因是难以保证切除的精确性，具体分析如下：
7.1)、在同一时刻对同一个管腔截面进行成像，然而在整个管腔截面信息获取过程中，需要转动内窥导管，这样一来，一旦轴向或周向发生偏移，管腔截面很难重合形成同一管腔截面，因此，所获得成像的精确度很难保证；
8.2)、所形成图像是以环形区为基准(管腔)，而对应肝癌的病灶区呈片状或块状，因此，不适合对病灶区域(片状)的表面和深层信息获取。

技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种改进的超声和光学双模式肝内窥成像系统。
10.为解决以上技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
11.一种超声和光学双模式肝内窥成像系统，其包括内窥导管、成像探头、成像部件，
其中内窥导管包括内部形成中空管腔且具有远端和近端的管体、封堵在管体远端的远端封板，成像探头包括光学单元和超声单元，光学单元用于传输和接收光学成像的光学信号，且包括光源模块和摄像模块，超声单元用于发射和接收超声成像的超声信号，且包括超声换能器，特别是，光源模块、摄像模块、超声换能器均位于管体的远端所在的管腔内，且均以远端封板为基准在管体的径向和轴向上均相对错位分布，其中光源模块的光源发射端、摄像模块的镜头端、超声换能器的超声发射和接收端均朝向远端封板。
12.优选地，光源模块的光源发射端、摄像模块的镜头端、超声换能器的超声发射和接收端的各端面相互平行设置。
13.根据本实用新型的一个具体实施和优选方面，远端封板呈球面状，且球面顶点朝管体外构成探头保护罩，其中以球面顶点为参考面，所述参考面、光源发射端的光源发射端面、镜头端的镜头端面、超声发射和接收端的超声发射和接收端面相互平行设置，且光源发射端面、镜头端面、超声发射和接收端面分别至参考面的垂距为l1、l2、l3，其中l1≤l2＝l3。由距离的限制，避免光路和超声换能器之间形成干扰，从而准确的获得图像。
14.优选地，在管体的远端管腔内设有管板，光源模块、摄像模块、超声换能器均设置在管板上，其中光源模块和摄像模块均以远端封板的中心阵列分布，超声换能器为单阵元，且以远端封板的中心呈一维线性扫描运动在管体内。方便组装成型，而且在超声换能器的运动下，可以保持内窥导管不动的前提下，实施病灶区的断层信息。
15.进一步的，光源模块包括多个光源，且呈环形阵列分布，摄像模块与多个光源错开分布，超声换能器均位于多个光源所形成的环形阵列的区域内。布局紧凑，避免干扰。
16.优选地，光源有四个，且呈方形阵列分布，摄像模块包括两个3d摄像头，且两个3d摄像头自方形阵列区的中心对称且间隔分布。
17.进一步的，两个3d摄像头的中心连线与超声换能器的一维线性扫描运动轨迹相交设置。这样一来，能够获取3d双目视觉的图像。
18.根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，方形阵列区具有竖直中心线和水平中心线，两个摄像头分别设置在竖直中心线和水平中心线中的一条中心线上，超声换能器沿着竖直中心线和水平中心线中的另一条中心线方向直线运动。这样一来，所形成交点对准病灶区中心后，不仅能够精确地实施超声断层图像以增加病灶处的深层信息，而且也能够直接获得病灶处的表面信息，为肝切除手术提供精确辅助。
19.优选地，方形阵列区的中心与远端封板的中心重合。
20.根据本实用新型的又一个具体实施和优选方面，管板包括固定在管腔内壁的多个第一管片、用于将多个第一管片远离远端封板的端部相连接的第二管片，其中多个第一管片、第二管片形成沿着管体长度方向延伸形成安装腔，光源模块、摄像模块、超声换能器位于安装腔内。在此，其主要是方便探头的一体成型。
21.优选地，管体径向截面呈圆环形，多个第一管片在管体径向截面上呈正多边形，其中正多边形的边数至少有4条，且正多边形与圆环形的内壁内接。这样一来，第一管片和管体内壁之前存在空隙，有利于散热，延长电器元件的使用寿命，而且更有利于精准的实施图像获取。
22.此外，管体的近端闭合，且在靠近近端的一侧形成有支管，其中在支管远离管体的端部形成有超声信号和光学信号的传输接头，传输接头与成像部件有线或/和无线连通，且
分别将超声信号和光学信号传输至成像部件。
23.进一步的，管体近端自支管所在处继续向远离远端方向延伸，且所形成的延伸部和支管形成手柄。方便手持操作。
24.由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
25.本实用新型在光学信号和超声信号相对错开，互不干扰，且均以病灶区为参照标准，分别进行光学和超声双模成像，从而精确获取病灶区的表面和深层信息，为肝切除手术提供精确辅助，避免病灶的过度切除，特别适合肝切除手术，此外，结构简单，实施方便，且成本低。
附图说明
26.图1为根据本实用新型的一些实施例的内窥成像系统的主视示意图；
27.图2为图1的局部结构剖视放大示意图；
28.图3为图2中a-a向剖视放大示意图；
29.图4为根据本实用新型的一些实施例的内窥成像系统的简化示意图(一个摄像头、一个光源为例)；
30.其中：1、内窥导管；10、管体；10a、远端；10b、近端；11、远端封板；12、管板；121、第一管片；122、第二管片；13、支管；14、传输接头；2、成像探头；20、光学单元；200、光源模块；s1、光源；201、摄像模块；s2、3d摄像头；21、超声单元；210、超声换能器；211、驱动器；3、成像部件；30、信息处理模块；31、信息显示模块；310、超声图像区；311、光学图像区；m、参考面；a1、光源发射端面；b2、镜头端面；c3、超声发射和接收端面；4、手柄。
具体实施方式
31.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是
机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.在发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.如图1所示，在本实施例中，超声和光学双模式肝内窥成像系统，其主要是用于肝的表面和深层成像，且包括内窥导管1、成像探头2、成像部件3。
38.内窥导管1包括内部形成中空管腔且具有远端10a和近端10b的管体10、封堵在管体10远端的远端封板11，其中远端封板11呈球面状，且球面顶点朝管体10外构成探头保护罩。在中空管腔的设置在便于传输线缆的走线以及成像探头2的布局，至于球头形远端封板11，避免插入时造成与其接触部分的组织损伤，也便于插入送至病灶区的操作。
39.结合图2所示，成像探头2包括光学单元20和超声单元21，光学单元20用于传输和接收光学成像的光学信号，超声单元21用于发射和接收超声成像的超声信号。
40.具体的，在管体10的远端10a的管腔内壁设有管板12，光学单元20和超声单元21分别安装在管板12上。
41.结合图3所示，管板12包括固定在管腔内壁的四个第一管片121、用于将四个第一管片121远离远端封板11的端部相连接的第二管片122，其中四个第一管片121、第二管片122形成沿着管体10长度方向延伸形成安装腔。
42.本例中，管体10径向截面呈圆环形，四个第一管片121构成截面呈正方形，且正方形与圆环形的内壁相内接，这样一来，第一管片121和管体10内壁之前存在空隙，有利于散热，延长电器元件的使用寿命，而且更有利于精准的实施图像获取。
43.光学单元20包括分别位于安装腔内的光源模块200、摄像模块201。
44.本例中，光源模块200包括四个光源s1，且呈方形阵列分布，摄像模块201与四个光源s1错开分布。
45.具体的，光源s1为led光源。也就是常规的发光二极管。
46.摄像模块201包括两个3d摄像头s2，且两个3d摄像头s2自方形阵列区的中心对称且间隔分布。这样一来，能够获取3d双目视觉的图像。
47.方形阵列区具有竖直中心线和水平中心线，两个3d摄像头s2分别设置在竖直中心线上。
48.超声单元21包括超声换能器210和驱动器211，其中超声换能器210为单阵元换能器，且沿着管体10的径向一维线性扫描运动，驱动器211位于管体10内，且用于驱动超声换
能器210的扫描运动。
49.具体的，方形阵列区具有竖直中心线和水平中心线，两个3d摄像头s2分别设置在竖直中心线和水平中心线中的一条中心线上，超声换能器210沿着竖直中心线和水平中心线中的另一条中心线方向直线运动。这样一来，所形成交点处对准病灶区的中心后，不仅能够精确地实施超声断层图像以增加病灶处的深层信息，而且也能够直接获得病灶处的表面信息，为肝切除手术提供精确辅助。
50.方形阵列区的中心与远端封板11的中心重合。
51.至于驱动器211，采用常规的机械传动结构以实施直线运动即可，只要进行通电后，能够运动即可。
52.同时，光源模块200、摄像模块201、超声换能器210均位于管体10的远端所在的安装腔内，且均以远端封板11为基准在管体10的径向和轴向上均相对错位分布，其中光源模块200的光源发射端、摄像模块201的镜头端、超声换能器210的超声发射和接收端均朝向远端封板11。
53.光源模块200的光源发射端、摄像模块201的镜头端、超声换能器210的超声发射和接收端的各端面相互平行设置。
54.以球面顶点为参考面m，其中参考面m、光源发射端的光源发射端面a1、镜头端的镜头端面b2、超声发射和接收端的超声发射和接收端面c3相互平行设置。
55.光源发射端面a1、镜头端面b2、超声发射和接收端面c3分别至参考面m的垂距为l1、l2、l3。其中l1≤l2＝l3。由距离的限制，避免光路和超声换能器之间形成干扰，从而准确的获得图像。
56.本例中，l1＝l2＝l3，这样方便成型加工，而且也不会存在相互干涉。
57.此外，管体10的近端10b闭合，且在靠近近端10b的一侧形成有支管13，其中在支管13远离管体10的端部形成有超声信号和光学信号的传输接头14，传输接头14与成像部件3有线或/和无线连通，且分别将超声信号和光学信号传输至成像部件3。
58.管体10的近端10b自支管13所在处继续向远离远端10a方向延伸，且所形成的延伸部和支管形成手柄4。方便手持操作。
59.成像部件3包括信息处理模块30、信息显示模块31，其中超声信号和光学信号分别与信息处理模块30传输连通，且通过信息处理模块30处理后，由信息显示模块31进行图像显示，其中信息显示模块31具有两个区，且分别为超声图像区310和光学图像区311，因此，超声和光学是分别进行图像显示。
60.结合图4所示，本实施例的肝内窥成像方法，包括步骤如下：
61.s1、将内窥导管自远端插入人体送至病灶区，且光学单元和超声单元自远端的端部与病灶区对齐；
62.s2、表面和断层成像，其中表面成像采用光源模块200和摄像模块201，直接获取病灶处的光学信号，并将光学信号反馈至成像部件3，经成像部件3获取光学图像；断层成像采用超声换能器210在管腔内进行一维线性扫描运动(在驱动器211的直线驱动下)，并将所获取的超声信号反馈至成像部件3，由成像部件形成超声断层图像。
63.同时，在s2中，表面成像和断层成像均是在内窥导管不动的前提下进行，且先表面成像后断层成像或者先断层成像后表面成像。这样一来，可以在不对内窥导管进行转动操
作下，即可实施超声断层成像和光学表面成像，从而特别适合对肝癌切除手术的精准辅助。
64.因此，本实施例具有以下优点：
65.1、将光学信号和超声信号相对错开，互不干扰，且均以病灶区为参照标准，分别进行光学和超声双模成像，从而精确获取病灶区的表面和深层信息，为肝切除手术提供精确辅助，避免病灶的过度切除，而且病灶区一次对位后，无需操控内窥导管运动，即可获得所需信息，特别适合肝切除手术；
66.2、结构布局紧凑，而且成像探头的光学单元和超声单元能够一体成型，方便加工，而且采用单阵元换能器的一维线性扫描运动，方便超声断层成像的信息获取；
67.3、在双摄像头的设置下，能够获取3d双目视觉的图像，而且超声换能器、两个3d摄像头和led光源的布局，以及端面对齐，能够有效地避免相互之间的干扰，更有利于图像的获取。
68.以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

技术特征：

1.一种超声和光学双模式肝内窥成像系统，其包括内窥导管、成像探头、成像部件，其中所述内窥导管包括内部形成中空管腔且具有远端和近端的管体、封堵在所述管体远端的远端封板，所述成像探头包括光学单元和超声单元，所述光学单元用于传输和接收光学成像的光学信号，且包括光源模块和摄像模块，所述超声单元用于发射和接收超声成像的超声信号，且包括超声换能器，其特征在于：所述光源模块、所述摄像模块、所述超声换能器均位于所述管体的远端所在的管腔内，且均以所述远端封板为基准在所述管体的径向和轴向上均相对错位分布，其中所述光源模块的光源发射端、所述摄像模块的镜头端、所述超声换能器的超声发射和接收端均朝向所述远端封板。2.根据权利要求1所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述光源模块的光源发射端、所述摄像模块的镜头端、所述超声换能器的超声发射和接收端的各端面相互平行设置。3.根据权利要求2所述的超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述远端封板呈球面状，且球面顶点朝所述管体外构成探头保护罩，其中以球面顶点为参考面，所述参考面、光源发射端的光源发射端面、镜头端的镜头端面、超声发射和接收端的超声发射和接收端面相互平行设置。4.根据权利要求3所述的超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述光源发射端面、镜头端面、超声发射和接收端面分别至所述参考面的垂距为l1、l2、l3，其中l1≤l2＝l3。5.根据权利要求1所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：在所述管体的远端管腔内设有管板，所述光源模块、所述摄像模块、所述超声换能器均设置在所述管板上，其中所述光源模块和所述摄像模块均以所述远端封板的中心阵列分布，所述超声换能器为单阵元，且以所述远端封板的中心呈一维线性扫描运动在所述管体内。6.根据权利要求5所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述光源模块包括多个光源，且呈环形阵列分布，所述摄像模块与多个所述光源错开分布，所述超声换能器位于多个光源所形成的环形阵列的区域内。7.根据权利要求6所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述光源有四个，且呈方形阵列分布，所述摄像模块包括两个3d摄像头，且两个所述3d摄像头自方形阵列区的中心对称且间隔分布。8.根据权利要求7所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：两个所述3d摄像头的中心连线与所述超声换能器的一维线性扫描运动轨迹相交设置。9.根据权利要求8所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述方形阵列区具有竖直中心线和水平中心线，两个所述摄像头分别设置在所述竖直中心线和所述水平中心线中的一条中心线上，所述超声换能器沿着所述竖直中心线和所述水平中心线中的另一条中心线方向直线运动。10.根据权利要求7或8或9所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述方形阵列区的中心与所述远端封板的中心重合。11.根据权利要求10所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述管板包括固定在所述管腔内壁的多个第一管片、用于将多个所述第一管片远离所述远端封板的端部相连接的第二管片，其中多个所述第一管片、所述第二管片形成沿着所述管体长度方向
延伸形成安装腔，所述光源模块、所述摄像模块、所述超声换能器位于所述安装腔内。12.根据权利要求11所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述管体径向截面呈圆环形，多个所述第一管片在所述管体径向截面上呈正多边形，其中正多边形的边数至少有4条，且正多边形与圆环形的内壁内接。13.根据权利要求1所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述管体的近端闭合，且在靠近所述近端的一侧形成有支管，其中在所述支管远离所述管体的端部形成有超声信号和光学信号的传输接头，所述传输接头与所述成像部件有线或/和无线连通，且分别将超声信号和光学信号传输至所述成像部件。14.根据权利要求13所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述管体近端自所述支管所在处继续向远离所述远端方向延伸，且所形成的延伸部和所述支管形成手柄。15.根据权利要求1所述超声和光学双模式肝内窥成像系统，其特征在于：所述成像部件包括信息处理模块、信息显示模块，其中超声信号和光学信号分别与信息处理模块传输连通，且信息显示模块分别进行超声和光学图像显示。

技术总结

本实用新型涉及超声和光学双模式肝内窥成像系统，其包括内窥导管、成像探头、成像部件，其中内窥导管包括管体、远端封板，成像探头包括光学单元和超声单元，光学单元包括光源模块和摄像模块，超声单元包括超声换能器，光源模块、摄像模块、超声换能器均以远端封板为基准在管体的径向和轴向上均相对错位分布，且光源发射端、镜头端、超声发射和接收端均朝向远端封板。本实用新型将光学信号和超声信号相对错开，互不干扰，且均以病灶区为参照标准，分别进行光学和超声双模成像，从而精确获取病灶区的表面和深层信息，为肝切除手术提供精确辅助，避免病灶的过度切除，特别适合肝切除手术。特别适合肝切除手术。特别适合肝切除手术。