TWI796268B - 多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法 - Google Patents

Abstract

一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，超聲波接收單元具 有複數個探頭以及導管，引發光聲效應產生超音波訊號，驅動超聲波接收單元接收超音波訊號，傳送至電腦進行診斷分析，以達到早期監測之目的。

Description

多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法

本發明係關於一種探針診斷裝置及其運作方法，特別是一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法。

全球每年可以診斷出高達193萬例的結直腸癌(colorectal cancer)新病例，而於西元2020年，有93萬人死於結直腸癌，確實有高速增加的趨勢。據臨床統計，標準化死亡率正逐年上升12%，結直腸癌是全世界第三大常見的癌症。綜觀全球，由於人口老齡化的加劇，預計到西元2040年，相比於西元2020年，癌症負擔將會增加50%，屆時，全新的癌症發病例數將達到近3000萬，凸顯出結腸癌相關研究，會正是迫切需要解決與值得重視研究方向。

結直腸癌併發主因是因為腸壁(intestinal wall)上所滋生的癮肉(addicted meat)與良性腫瘤(benign tumor)經過數十年的病變後，轉化成惡性腫瘤(malignant tumor)，進而影響消化道的正常功能，更甚者造成腹部內部出血，造成生命危險。其形成是腸黏膜細胞()的基因發生突變，可歸因於遺傳及環境兩大因素，其中有兩種罕兒遺傳性疾病會導致結直腸癌，其為(1)家族性腺瘤性息肉症(Familial adenomatous polyposis,FAP)，以及(2)遺傳性非瘜肉結直腸癌綜合症(hereditary non-polyposis colorectal cancer,HNPCC)，而環境因素是因黏膜細胞長期接觸的腸管內環境，包括攝取高量的紅肉、食入致癌因數、飲酒、纖維攝取不足、肥胖、少運動、老化等。而結腸癌最初的症狀為便血或直腸出血、持續超過三週 的正常排便習慣的改變、腹痛、不明原因的體重減輕、疲勞、氣喘等。且其癌症的狀況通常分為四期，第一期是癌症仍在結直腸道內壁；第二期是癌症已擴散到腸道周圍的肌肉層；第三期是癌症已擴散到附近的淋巴結；以及第四期是癌症已擴散到身體的其他部位。

目前檢查結直腸癌的篩技術主要可分為以下的五種，包括了：(1)軟管式光學內視鏡(狀結腸鏡和結腸鏡)，(2)電腦斷層掃瞄，(3)糞便潛血篩檢，(4)肛門指檢查，以及(5)膠囊內視鏡。前述其中的以膠囊內視鏡技術進行篩檢，是目前醫界最新的一項檢視技術。在檢測前，先讓受檢者服用內含顯微攝影設備的膠囊設備，而經由該膠囊在消化器官中遊走時，所攝錄內部的組織包含食道、胃、及結腸直腸的狀況，直至肛門排出該膠囊，而該方法的優點，就是對受者做出最少的干擾，受者不必服用特定藥物，也不用接受侵襲性的干擾。但是膠囊內視鏡技術的缺點，則是因為膠囊遊走時並不是可人為控制的，所以會因鏡頭的方向不自主地轉動，因此會無法避免地忽略掉了重要的部位，而每次檢視所需的費用甚高，且無法符合實際的成本需求。

事實上，由於大腸癌早期並無症狀，且無法於早期發現病灶，於發現時幾乎無法進行有效治療，倘能發展出早期監控機制，即可盡快將腸壁上的滋生肉予以切除，不僅可以減少病變發生的機率，更可以有助於有效提高病人的治癒機會。因此，業界目前需要能夠設計製造出一種具有高成像解析度，減小導管尺寸的多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，擔當監控機制的重任，確實是目前相當值得研究之課題。

本發明係關於一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，藉由多個超音波探頭以接收不同頻段訊號，其中低頻超音波探頭得到對整個組織壁成像深度穿透貢獻，同時，以高頻超音波探頭得到管腔區域的精細解析，最終可得到最佳之直腸影像。

鑒於先前技術，本發明之目的在於提供一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，包括：雷射激光單元，用以提供雷射光。定光源激發單元，用以接收並傳送該雷射光。超聲波接收單元，用以接收具有光聲效應的超音波訊號，該超聲波接收單元包含至少一個探頭以及導管，該些探頭設置於導管內，該探頭其中之一用以接收到該超音波訊號之其中之頻率訊號。多頻光聲微米探針驅動單元，用以驅動該雷射激光單元激發該雷射光，以及驅動該超聲波接收單元接收該超音波訊號。超聲波編碼激發單元，用以編碼該超音波訊號，解調該超音波訊號，並傳送至電腦進行分析。以及，可程式邏輯陣列控制單元，控制該多頻光聲微米探針驅動單元驅動該雷射激光單元激發該雷射光，並控制該多頻光聲微米探針驅動單元驅動該超聲波接收單元接收該超音波訊號。

本發明之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置之運作方法，其中該可程式邏輯陣列控制單元控制該雷射光透過光纖與該反射鏡引導至待測部，該待測部產生熱能和膨脹，引發光聲效應產生該超音波訊號，由該超音波探頭接收到聲波訊號，該可程式邏輯陣列控制單元控制該多頻光聲微米探針驅動單元，以驅動該超聲波接收單元且以旋轉方式接收該超音波訊號，該超聲波編碼激發該單元編碼該超音波訊號，並解調該超音波訊號，傳送至電腦進行分析以確認。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，該雷射光之光點的尺寸為1000微米，波長為532奈米。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，該定光源激發單元所產生之光源為原始光源，該原始光源為未經過過濾程序與分光程序之該光源。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，該超聲波接收單元包含三個探頭，為三個雙向多頻段超音波探頭，該三個雙向多頻段超音波探頭，分別接收該超音波訊號之其中之一頻率訊號，該些頻率訊號之中心頻率為5/12M赫茲、5/20M赫茲以及5/30M赫茲。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，每一該雙向多頻段超音波探頭為平面呈矩形，該三個雙向多頻段超音波探頭之長邊彼此連接，組成截面為正三角形之結構。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，該三個雙向多頻段超音波探頭之該長邊彼此藉由隔離填料彼此連接。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其所提供之另一目的為，該隔離填料之材料為透明環氧樹脂。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其優勢係可提供更全面的結腸直腸可視化，以達到早期監測結直腸病變。

鑒於大腸癌早期並無症狀，本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置及其運作方法，其另一優勢，係能於腫瘤發展的早期階段，將腸壁上的滋生肉予以切除，不僅可以減少病變發生的機率，更可以提高病人的治癒機會。

100:多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置

110:雷射激光單元

120:定光源激發單元

130:超聲波接收單元

132:微型馬達

134:旋轉軸

136:反射鏡

138:光纖

140:多頻光聲微米探針驅動單元

150:超聲波編碼激發單元

160:可程式邏輯陣列控制單元

170:電腦

310:雙向多頻段超音波探頭

320:隔離填料

C:導管

D:探頭

L:雷射光

N:指北極

S:指南極

圖1為本發明之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖。

圖2為本發明之超聲波接收單元示意圖。

圖3A為本發明之探頭示意圖。

圖3B為本發明之探頭剖面示意圖。

由於各種態樣與實施例僅為例示性且非限制性，故在閱讀本說明書後，具有通常知識者在不偏離本發明之範疇下，亦可能有其他態樣與實施例。根據下述之詳細說明與申請專利範圍，將可使該等實施例之特徵及優點更加彰顯。

首先請參考圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，亦請同時參考圖2本發明之多頻內視鏡導管示意圖。

再請參考圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明係提供一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置100，包括了：雷射激光單元110，定光源激發單元120，超聲波接收單元130，多頻光聲微米探針驅動單元140，超聲波編碼激發單元150，以及可程式邏輯陣列控制單元160。

續請參考圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之雷射激光單元110，係用以提供雷射光。

仍請參考圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之定光源激發單元120，係用以接收並傳送雷射光L。須說明的是，本發明雷射光L之光點的尺寸為1000微米，波長為532奈米，前述之尺寸僅用以示例，並非 用以限制本發明之範圍，各種尺寸亦包含於本發明之範圍。需說明的是本發明之定光源激發單元120所產生之光源為原始光源，其中該原始光源為未經過過濾程序與分光程序之光源。

再如圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之超聲波接收單元130，係用以接收具有光聲效應的超音波訊號。

此處請參考圖2本發明之多頻內視鏡導管示意圖，前述之超聲波接收單元130包含複數個探頭D，以及導管C，而複數個探頭D設置於導管C內。該複數個探頭D係用以接收到該超音波訊號之其中之頻率訊號。該超聲波接收單元130更包含了微型馬達132，旋轉軸134，以及反射鏡136。又該超聲波接收單元130連接光纖138，用以接收該光纖138所傳送來之雷射光L。該複數個探頭D連接旋轉軸134，旋轉軸134連接微型馬達132。當該微型馬達132轉動，藉由該旋轉軸134帶動該複數個探頭D旋轉掃描接收超音波訊號。於圖2所示的N，係磁鐵的指北極或N極，而於圖2所示的S，係磁鐵的指南極或S極。

請參考圖3A之本發明探頭示意圖，以及圖3B本發明之探頭剖面示意圖。本發明之超聲波接收單元130包含三個探頭，係為三個雙向多(複數個)頻段超音波探頭310，而該三個雙向多頻段超音波探頭310分別接收超音波訊號之一頻率訊號，即負責接收不同頻率之頻率訊號，其中該頻率訊號之中心頻率為5/12M赫茲，5/20M赫茲，以及5/30M赫茲。

仍請參考圖3A之本發明探頭示意圖，以及圖3B本發明之探頭剖面示意圖。於圖3A中，每一雙向多頻段超音波探頭310為平面呈矩形。三個雙向多頻段超音波探頭310之長邊，彼此藉由隔離填料320彼此連接，組成截面為正三角形之結構，如圖3B所示。需說明的是，隔離填料320之材料為透明環氧樹脂。

再如圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之多頻光聲微米探針驅動單元140，係用以驅動雷射激光單元110激發雷射光L，以及驅動超聲波接收單元130接收超音波訊號。

猶如圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之超聲波編碼激發單元150，係用以編碼與解調超音波訊號，並傳送至電腦170以進行分析。

仍如圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之可程式邏輯陣列控制單元160，係用以控制多頻光聲微米探針驅動單元140驅動雷射激光單元110激發雷射光L，並用以控制多頻光聲微米探針驅動單元140驅動超聲波接收單元130接收超音波訊號。

續如圖1之本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置示意圖，本發明之可程式邏輯陣列控制單元160，係用以控制雷射光L透過(圖2)光纖138與(圖2)反射鏡136引導至待測部。當雷射光L照射至待測部則會產生熱能和膨脹，引發光聲效應產生超音波訊號，故可由超音波探頭D接收到聲波訊號，由可程式邏輯陣列控制單元160控制多頻光聲微米探針驅動單元140，以驅動超聲波接收單元130之微型馬達132旋轉，藉由旋轉軸134帶動探頭D旋轉，以旋轉方式接收超音波訊號，而超聲波編碼激發單元150編碼超音波訊號，並進行解調該超音波訊號，傳送至電腦170以進行分析確認。

綜前所述，本發明之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置可提供低頻超音波探頭，得到對整個組織壁成像深度穿透貢獻，同時，高頻超音波探頭得到管腔區域的精細解析，最終得到最佳之直腸影像。

本發明多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置之使用上優勢，係可提供更全面的結腸直腸可視化，以達到可以進行早期監測結直腸病變的目的，且鑒於大腸癌早期並無症狀，本發明之另一使用上優勢，係能於腫瘤發展的早期階段， 藉由本發明之使用，而將腸壁上的滋生肉予以切除，不僅可以減少早期病變發生的機率，更得以提高病人的治癒機會。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100:多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置

110:雷射激光單元

120:定光源激發單元

130:超聲波接收單元

140:多頻光聲微米探針驅動單元

150:超聲波編碼激發單元

160:可程式邏輯陣列控制單元

170:電腦

Claims (9)

1. 一種多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，包括：一雷射激光單元，係用以提供一雷射光；一定光源激發單元，係用以接收並傳送該雷射光；一超聲波接收單元，係用以接收具有一光聲效應的一超音波訊號，該超聲波接收單元包含複數個探頭以及一導管，該複數個探頭設置於該導管內，該複數個探頭係用以接收到該超音波訊號之一頻率訊號；一多頻光聲微米探針驅動單元，係用以驅動該雷射激光單元激發該雷射光，以及驅動該超聲波接收單元接收該超音波訊號；一超聲波編碼激發單元，係用以編碼該超音波訊號，以進行解調該超音波訊號，並傳送至一電腦進行分析；以及，一可程式邏輯陣列控制單元，係用以控制該多頻光聲微米探針驅動單元驅動該雷射激光單元激發該雷射光，並控制該多頻光聲微米探針驅動單元驅動該超聲波接收單元接收該超音波訊號。
2. 如請求項1所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該雷射光之光點的尺寸包括1000微米，波長為532奈米。
3. 如請求項1所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該定光源激發單元所產生之光源為原始光源，該原始光源為一未經過過濾程序與一分光程序之該光源。
4. 如請求項1所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該超聲波接收單元包含三個雙向多頻段超音波探頭。
5. 如請求項4所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該三個雙向多頻段超音波探頭，分別接收該超音波訊號之一頻率訊號，該複數個頻率訊號之中心頻率為5/12M赫茲、5/20M赫茲以及5/30M赫茲。
6. 如請求項4所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中每一該雙向多頻段超音波探頭為平面呈矩形，該三個雙向多頻段超音波探頭之長邊彼此連接，組成截面為正三角形之結構。
7. 如請求項6所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該三個雙向多頻段超音波探頭之該長邊彼此藉由隔離填料彼此連接。
8. 如請求項7所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該隔離填料之材料包含一透明環氧樹脂。
9. 如請求項1所述之多頻段光聲內視鏡探針診斷裝置，其中該裝置之運作方法，包含該可程式邏輯陣列控制單元控制該雷射光透過光纖與一反射鏡引導至一待測部，該待測部產生熱能和膨脹，引發一光聲效應產生該超音波訊號，由該超音波探頭接收到一聲波訊號，該可程式邏輯陣列控制單元控制該多頻光聲微米探針驅動單元，以驅動該超聲波接收單元且以一旋轉方式接收該超音波訊號，一超聲波編碼激發單元編碼該超音波訊號，並解調該超音波訊號，傳送至一電腦進行分析以確認。

Images