[发明专利]基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统

说明书

本发明公开了基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，系统包括短脉冲激光器、反射镜、扩束器、水箱、被测物体、光纤夹持器、可调聚焦型光纤传感器、旋转步进电机、光电探测器、数据采集卡以及计算机。短脉冲激光器发射出短脉冲激光，照射到被测物体，被测物体由于光声效应产生超声波，光纤传感器接收超声波并将其转换为光信号，经光电探测器和数据采集卡处理后传输到计算机并重建得到二维层析图像，再配合线性平移台控制被测物体轴向移动，得到三维层析图像。本发明提供的可调聚焦型光纤传感器结构简单、曲率可调，不仅提高了传感器灵敏度，也适合应用于光声计算层析成像系统。

技术领域

本发明属于光声成像领域，特别涉及基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统。

背景技术

光声成像是近年来快速发展的一种无损伤式的医学成像方法。这种“光学激发、声学探测”的成像技术，结合了光学成像的高分辨率、高对比度和声学成像的高穿透能力的特点，为组织深处的生理、病理过程的观测提供了强有力的技术手段。

光声计算层析成像(Photoacoustic Computed Tomography,PACT)是光声成像的一类分支。在PACT中，对被观测物进行环形探测是一种主要的实现方式，适合应用于一些小动物全身成像，和部分关节成像等等。现阶段常见的超声传感器是基于压电式的传感器。由于这类商业传感器的体积较大，通常为数毫米直径，使得探测阵列的传感单元数量受到限制，而且在后期图像重建中，会影响到被观测物边缘部分的重建效果。同时在实际应用中，为了追求更大数值孔径和更高的纵向分辨率，这类传感器往往被设计成聚焦状态，但是一旦被设计好，在实验后期想要根据实际需要改变，就很难操作了。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术缺点与不足，提供基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，本发明将可调聚焦型光纤传感器应用于光声计算层析成像系统，该传感器不仅具有结构简单紧凑、易于调节且曲率可变的优点，而且提高了灵敏度，更易应用到光声层析成像。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

基于可调聚焦型光纤传感器的光声计算层析成像系统，其特征在于：

所述系统具体包括：短脉冲激光器、反射镜、扩束器、水箱、被测物体、光纤夹持器、可调聚焦型光纤传感器、旋转步进电机、光电探测器、数据采集卡以及计算机。

所述计算机通过数据采集卡对外设有三个控制端，第一控制端控制短脉冲激光器的脉冲光输出频率，第二控制端控制旋转步进电机的步长，第三控制端控制数据采集卡的数据采集速率；上述三个控制端同步后，短脉冲激光器发射出短脉冲激光，经过反射镜反射以及扩束器扩束后，入射到放置于水箱中的被测物体，被测物体由于光声效应，产生超声波，水作为超声波的传播介质；固定在光纤夹持器上的光纤传感器接收超声波并将其转换为光信号，与光纤连接的光电探测器进行光电信号转换，并将电信号传输到数据采集卡，最终数据采集卡将数据传输到计算机，通过重建算法得到二维层析图像，再配合旋转步进电机控制被测物体轴向移动，得到三维层析图像。

进一步地，所述光电夹持器固定在旋转电机上，所述被测物体放置于水箱中，并位于聚焦光纤的焦点位置。

进一步地，所述可调聚焦型光纤传感器的敏感单元为光纤。

进一步地，所述的光纤传感器是聚焦型弧形装填，可用具有曲率可调的弧形光纤夹持器固定，在一定范围内，可以根据被测物体或实验中的实际要求，改变光纤的曲率，进而得到不同的纵向分辨率，改变光纤的聚焦状态。

进一步地，为了得到更高的灵敏度，尽量保持被测物体的位置与聚焦光纤传感器的焦点位置相重合。

进一步地，在聚焦型光纤焦点的水平线上，声信号到光纤的每一处的相位都相同，在光纤处进行一个有效的相位叠加。