[发明专利]基于多元相控聚焦环阵列的背向模式光声成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试测量与成像方法，具体涉及一种基于多元相控聚焦环阵列的背向模式光声成像方法。

背景技术

目前光声成像的测量模式有前向、侧向和背向模式三种：

由于生物体组织的高散射性，前向模式系统的适用范围很小。

侧向模式系统通常采用探测器旋转扫描、样品旋转扫描、平面线性扫描等方式获得某个平面内光声压的分布，再通过特定的重建算法反推出空间的光吸收分布图像。该方式具有很高的空间分辨率，但其时间分辨率较低、成像算法复杂、空间方向性差，而且由于生物体的特征限制，这种扫描方式通常无法实用。

在实际应用中，为了便于操作诊断，通常系统探测器和激发光源置于生物体的同一侧，这种测量模式称为背向模式。目前该模式采用的探测器有高频聚焦探测器、压电盘片探测器和双环探测器。大孔径的高频聚焦探测器可以获得很好的信噪比，但其聚焦焦斑和焦长限制其成像分辨率和成像视角，而且信号在组织中的迅速衰减也限制了其探测深度；压电盘片探测器具有很高的时间分辨率，三维成像的纵向分辨率可达数十微米，但其方向性和信噪比差；双环探测器具有较窄的孔径角和一定的方向指向性，但其较小的孔径使采集的信噪比较差，并且无法实现深度方向的动态聚焦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种基于多元相控聚焦环阵列的背向模式光声成像方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用脉冲激光入射到待测样品上，激励待测样品产生光声信号；

(2)待测样品或多元环阵列探测器由步进电机驱动扫描背向模式接收光声信号，同时采集光声信号数据；

(3)应用数据处理软件对采集的光声信号进行计算相控实现深度Z方向的动态聚焦A型扫描，再利用步进电机点对点的X-Y方向二维扫描采集的数据，即可反投影合成三维的光吸收分布图像。

步骤(1)中所述脉冲激光的波长范围为400nm～2500nm。

步骤(2)中所述所述多元环阵列探测器为等面积、等间距和中空的，其中央耦合有光纤头，且探测器环的数目不少于两个。

步骤(2)中所述的扫描和采集是在软件程序控制下，由步进电机带动声探测器或待测样品扫描背向模式采集光声信号，其中环平面与扫描平面为同一个平面。

步骤(2)中所述多元环阵列声探测器接收光声信号是采用并行或串行的方法采集光声信号。

本发明还提供一种实现上述方法的装置，包括激光发生组件、步进扫描组件、光声信号采集组件、声耦合组件、样品固定组件、计算机；激光发生组件、光声信号采集组件、计算机依次电气连接；步进扫描组件与计算机电气连接；样品固定组件与步进扫描组件电气连接。

所述的激光发生组件由激光器和光纤连接而成，其中光纤头耦合于中空的多元环阵列探测器中央；

所述光声信号采集组件由多元环阵列探测器、数据前处理装置和数据采集装置依次电气连接构成，其中多元环阵列探测器为等间距等面积，并通过支架固定在三维扫描平台上；数据前处理装置包括阻抗匹配、信号放大、信号滤波等功能的电路；数据采集装置采用高速数据采集卡或示波器；

所述步进扫描组件可以由继电器、步进电机、三维扫描平台电气连接而成；多元环阵列探测器与步进电机电气连接，步进电机与三维扫描平台电气连接，步进电机还与继电器电气连接，继电器通过数字I/O卡与计算机连接；

所述样品固定组件由三维可调的样品台和样品固定装置组成；

所述声耦合组件由样品池和声耦合液组成。

本发明的优点是：本发明提出的利用多元相控聚焦环阵列的背向模式光声成像方法，由于采用多元环阵列探测器，其超窄的孔径角和很好的方向指向性极大的提高了成像分辨率，在X和Y方向都可实现聚焦扫描成像；采用计算相控聚焦技术，能有效的提高信号的信噪比，可实现深度Z方向的A型动态聚焦扫描成像；采用背向模式接收光声信号，可极大提高系统的可操作性和适用范围。

附图说明

图1是实施例1所述装置的结构示意图。

图2是利用计算相控聚焦实现深度Z方向的A型扫描原理图。

图3是利用实施例1的装置对埋有三根碳棒的琼脂所成的图像。

具体实施方式

实施例1本发明的装置