一种超声胶囊内窥镜及其成像方法研究
发布时间：2021-11-09 11:29
食管癌是一种恶性程度较高的消化道肿瘤,早期的症状不明显,患者就医时多已发展至中晚期,临床治疗收效甚微。因此,实现食管癌早期的准确诊断是制定有效治疗方案的重要前提,也是提高食管癌治愈率的必要手段。目前,临床上常使用X线钡餐造影、食管镜活检、内镜超声检查和CT等手段进行食管癌诊断和分期。它们在一些病例的诊断中具有良好的准确性和可靠性,但在进行症状不明显的食管癌早期诊断时,就会暴露出难以获取微小癌变特征的问题。高频超声（>20MHz）具有5mm以上的成像穿透深度和约40μm的成像分辨率,以及超声自身的无辐射、低成本等优点,可以为食管癌早期的诊断提供新思路。本文提出了一种基于高频超声（30-50MHz）的胶囊内窥镜,它由胶囊壳体、超声换能器、微型电机、电磁环和同轴电缆组成。高频超声换能器提供高分辨率的图像,直径不超过1mm的同轴电缆使内窥镜细径化,提高耐受性,该设备还支持三维成像,以上功能可用于弥补现有诊断技术的不足。超声换能器放置于胶囊壳体前端,在微型电机的带动下进行机械旋转,电磁环用于旋转的换能器和静止的信号线之间的信号传输,内窥镜的工作由外围的成像系统控制,微型电机的供电以及内窥镜...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NaviCam系列胶囊内窥镜及其磁控系统
第2章超声成像原理与超声内窥镜技术11图2.14种类型的超声探头Figure2.14typesofultrasonicprobes2.3超声B-mode成像技术超声B-mode成像技术即人们熟悉的“B超”，全称为超声灰度模式成像，是通用的超声2D成像模式，常用于进行腹部、妇科、泌尿系统等部位的检查。其工作原理是使用超声探头向物体发射超声波，利用超声声束扫描物体，由于物体中不同部位的组织结构对超声波的吸收、反射和散射的程度不尽相同，所以可以回收到幅值和返回时间各异的回波信号，最后重建出超声灰度图像，图像中广泛分布着不同亮度的光点，能呈现出物体内部形态结构的剖面图。超声B-mode成像技术在软组织成像上具有优良的表现，能根据不同性质的软组织界面产生的回波信号，重建得到包含清晰的组织形态及分层信息的图像，不仅可以检测到组织器官表面的形态，还能够检测到内部的组织学特征。B超除了用于进行腹部、妇产科等常见的非侵入式检查外，还应用于血管内超声（IVUS）和超声内镜（EUS）等侵入式诊断中。超声波是机械波，频率越高波长越短，在介质中传播的方向性也更好，轴向分辨率更高，但是传播过程中的损耗就越大，导致传播的最远距离变近，这在成像上表现为成像深度变浅。因此在实际应用中，需要根据探测目标的深度以及对成像分辨率的要求选择合适频率的超声探头。临床上，为了追求更高分辨率的成像质量，更精确地探测到组织的微小病变，往往采用数十兆赫甚至更高频率的探头用于临床检查，比如血管内超声、皮肤病诊断等。2.4超声内窥镜技术超声内窥镜一般是指超声B-mode成像技术和内窥镜检查结合而成的设备，单阵元线性阵列扇形阵列相控阵
第3章高频超声胶囊内窥镜15光敏树脂3D打英机械加工PMMA和机械加工TPX三种类型的胶囊成品。客观上，二者的声学性能是有一定差异的。PMMA的密度和声速都比TPX大，因为声阻抗等于密度和声速的乘积，所以前者声阻抗也比后者大。很多超声成像实验都在水里进行，此时成像目标的回波强度取决于它自身的声阻抗与水的声阻抗差值，差值越大，反射回的超声波越强。下面通过表3.1介绍PMMA和TPX的几个声学参数，它们的声阻抗与水的声阻抗的关系是PMMA>TPX>水，因此，PMMA胶囊外壳在水中的回波强度比TPX的大。表3.1PMMA和TPX的声学参数Table3.1SomeacousticparametersofPMMAandTPXmaterials材料密度（kg/m3）声速（m/s）声阻抗（Mrayl）PMMA121027503.33TPX83022001.83水100014821.483.1.2胶囊结构设计超声胶囊内窥镜大体上呈胶囊形状，内部包含的器件有超声换能器、磁环、小电机，胶囊外壳留有对应的卡槽将它们固定，尾部引出一根细径的同轴电缆用于超声信号的传输和小电机供电胶囊直径为10mm，长为34mm，同轴电缆直径是1.8mm，长约1.5m，结构示意图如图3.2所示。细径同轴电缆的另一头接着两图3.2超声胶囊内窥镜结构示意图Figure3.2Thestructurediagramofultrasoundcapsuleendoscopy个信号接头，可以简便地插入成像系统的信号接口和电源接口进行数据传输和小电机供电，信号接头可以选择BNC、SMA或者其他类型。还可以将上述两个接头合并成一个，如此操作起来更方便。超声胶囊内窥镜采劝有线”的形态主要基于两点考虑。首先，无线方式控制的超声成像技术仍是难点；其次，无线胶囊超声换能器磁环小电机外壳同轴电缆10mm34mm1.8mm
【参考文献】：
期刊论文
[1]食管癌的X线钡餐造影与CT影像诊断效果对比[J]. 曹爱学. 中西医结合心血管病电子杂志. 2019(13)
[2]食管癌诊疗规范（2018年版）[J]. 肿瘤综合治疗电子杂志. 2019(02)
[3]食管癌的分期策略[J]. 傅剑华,谭子辉. 临床外科杂志. 2016 (07)
[4]Capsule endoscopy: the road ahead[J]. Ana-Maria Singeap,Carol Stanciu,Anca Trifan. World Journal of Gastroenterology. 2016(01)
[5]Esophageal cancer: Risk factors,screening and endoscopic treatment in Western and Eastern countries[J]. María José Domper Arnal,ángel Ferrández Arenas,ángel Lanas Arbeloa. World Journal of Gastroenterology. 2015(26)
[6]环形内窥镜超声换能器的研制[J]. 陈燕,周丹,林国豪,吴锦川,戴吉岩,罗豪甦,陈王丽华. 中国医疗器械信息. 2014(04)
[7]小型猪动物模型在医学领域中的研究应用[J]. 张贺,王承利,王洋,陈克研,苏鹏,孙倩. 中国畜牧兽医. 2012(07)
[8]医用超声内窥镜的研究现状与发展趋势[J]. 耿洁,李全禄,李娜,冯磊. 中国医学物理学杂志. 2010(05)
本文编号：3485247
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NaviCam系列胶囊内窥镜及其磁控系统
第2章超声成像原理与超声内窥镜技术11图2.14种类型的超声探头Figure2.14typesofultrasonicprobes2.3超声B-mode成像技术超声B-mode成像技术即人们熟悉的“B超”，全称为超声灰度模式成像，是通用的超声2D成像模式，常用于进行腹部、妇科、泌尿系统等部位的检查。其工作原理是使用超声探头向物体发射超声波，利用超声声束扫描物体，由于物体中不同部位的组织结构对超声波的吸收、反射和散射的程度不尽相同，所以可以回收到幅值和返回时间各异的回波信号，最后重建出超声灰度图像，图像中广泛分布着不同亮度的光点，能呈现出物体内部形态结构的剖面图。超声B-mode成像技术在软组织成像上具有优良的表现，能根据不同性质的软组织界面产生的回波信号，重建得到包含清晰的组织形态及分层信息的图像，不仅可以检测到组织器官表面的形态，还能够检测到内部的组织学特征。B超除了用于进行腹部、妇产科等常见的非侵入式检查外，还应用于血管内超声（IVUS）和超声内镜（EUS）等侵入式诊断中。超声波是机械波，频率越高波长越短，在介质中传播的方向性也更好，轴向分辨率更高，但是传播过程中的损耗就越大，导致传播的最远距离变近，这在成像上表现为成像深度变浅。因此在实际应用中，需要根据探测目标的深度以及对成像分辨率的要求选择合适频率的超声探头。临床上，为了追求更高分辨率的成像质量，更精确地探测到组织的微小病变，往往采用数十兆赫甚至更高频率的探头用于临床检查，比如血管内超声、皮肤病诊断等。2.4超声内窥镜技术超声内窥镜一般是指超声B-mode成像技术和内窥镜检查结合而成的设备，单阵元线性阵列扇形阵列相控阵
第3章高频超声胶囊内窥镜15光敏树脂3D打英机械加工PMMA和机械加工TPX三种类型的胶囊成品。客观上，二者的声学性能是有一定差异的。PMMA的密度和声速都比TPX大，因为声阻抗等于密度和声速的乘积，所以前者声阻抗也比后者大。很多超声成像实验都在水里进行，此时成像目标的回波强度取决于它自身的声阻抗与水的声阻抗差值，差值越大，反射回的超声波越强。下面通过表3.1介绍PMMA和TPX的几个声学参数，它们的声阻抗与水的声阻抗的关系是PMMA>TPX>水，因此，PMMA胶囊外壳在水中的回波强度比TPX的大。表3.1PMMA和TPX的声学参数Table3.1SomeacousticparametersofPMMAandTPXmaterials材料密度（kg/m3）声速（m/s）声阻抗（Mrayl）PMMA121027503.33TPX83022001.83水100014821.483.1.2胶囊结构设计超声胶囊内窥镜大体上呈胶囊形状，内部包含的器件有超声换能器、磁环、小电机，胶囊外壳留有对应的卡槽将它们固定，尾部引出一根细径的同轴电缆用于超声信号的传输和小电机供电胶囊直径为10mm，长为34mm，同轴电缆直径是1.8mm，长约1.5m，结构示意图如图3.2所示。细径同轴电缆的另一头接着两图3.2超声胶囊内窥镜结构示意图Figure3.2Thestructurediagramofultrasoundcapsuleendoscopy个信号接头，可以简便地插入成像系统的信号接口和电源接口进行数据传输和小电机供电，信号接头可以选择BNC、SMA或者其他类型。还可以将上述两个接头合并成一个，如此操作起来更方便。超声胶囊内窥镜采劝有线”的形态主要基于两点考虑。首先，无线方式控制的超声成像技术仍是难点；其次，无线胶囊超声换能器磁环小电机外壳同轴电缆10mm34mm1.8mm
【参考文献】：
期刊论文
[1]食管癌的X线钡餐造影与CT影像诊断效果对比[J]. 曹爱学. 中西医结合心血管病电子杂志. 2019(13)
[2]食管癌诊疗规范（2018年版）[J]. 肿瘤综合治疗电子杂志. 2019(02)
[3]食管癌的分期策略[J]. 傅剑华,谭子辉. 临床外科杂志. 2016 (07)
[4]Capsule endoscopy: the road ahead[J]. Ana-Maria Singeap,Carol Stanciu,Anca Trifan. World Journal of Gastroenterology. 2016(01)
[5]Esophageal cancer: Risk factors,screening and endoscopic treatment in Western and Eastern countries[J]. María José Domper Arnal,ángel Ferrández Arenas,ángel Lanas Arbeloa. World Journal of Gastroenterology. 2015(26)
[6]环形内窥镜超声换能器的研制[J]. 陈燕,周丹,林国豪,吴锦川,戴吉岩,罗豪甦,陈王丽华. 中国医疗器械信息. 2014(04)
[7]小型猪动物模型在医学领域中的研究应用[J]. 张贺,王承利,王洋,陈克研,苏鹏,孙倩. 中国畜牧兽医. 2012(07)
[8]医用超声内窥镜的研究现状与发展趋势[J]. 耿洁,李全禄,李娜,冯磊. 中国医学物理学杂志. 2010(05)
本文编号：3485247
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