[发明专利]光声成像系统及方法

说明书

本申请公开了一种光声成像系统及方法，可以通过激光器激发待成像物体产生光声信号，并通过三维相控阵超声换能器采集向三维空间传播的光声信号，实现三维成像，且可以提高对光声信号的采集率，具有较好的成像质量。本发明对捕获的多通道光声信号进行低噪声放大、滤波和高速并行模数转换，对图像进行重建、处理和显示，可以恢复待成像物体中吸收体的三维空间分布；通过扫描激光波长进行多光谱成像，可以实现化学成分的无创表征；通过分析接收超声信号的频谱，可以实现物理性质的无创表征；通过GPU加速，可以提升多路信号和图像的处理速度；可以实现多排光声成像，高速得到三维容积图像，解决了传统光声成像通常只能进行二维断层成像的问题。

技术领域

本发明涉及光声成像技术领域，更具体的说，涉及一种光声成像系统及方法。

背景技术

与传统的超声检测技术相比，超声相控技术具有很多的优点。超声相控技术采用电子方法控制声束偏转、聚焦和扫描，可以在不移动或少移动换能器的情况下进行快捷的扫描，而且具有良好的声束可达性，能对复杂几何形状的待测物体及其盲区进行检测，还可以通过优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，使得检测分辨率和信噪比等性能得到提高，使得检测图像更加清晰，使得检测速度更加快速。

由于具有上述优点，基于超声相控技术的光声成像系统及方法被广泛的应用于医学超声成像以及工业无损检测等领域。相控阵超声换能器是实现超声相控技术的核心部件，现有的相控阵超声换能器用于光声成像时，对光声信号采集率较低，成像灵敏度低，且成像质量差。

发明内容

有鉴于此，本发明技术方案提供了一种光声成像系统及方法，可以提高对光声信号的采集率，提高了灵敏度，具有较好的成像质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光声成像系统，所述光声成像系统包括：

激光器，所述激光器用于出射激光脉冲，以照射待成像物体，通过热弹效应，激发待成像物体产生向三维空间传播的光声信号；

三维相控阵超声换能器，所述三维相控阵超声换能器用于采集向三维空间传播的所述光声信号；所述三维相控阵超声换能器具有柱状基底，所述柱状基底上固定有超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括多排环绕所述柱状基底中轴线的超声换能器阵元；所述轴线为所述柱状基底的顶面中点与底面中点连线；

多通道数据采集电路，所述多通道数据采集电路用于将所述三维相控阵超声换能器采集的所述光声信号进行信号处理；

计算机，所述计算机用于基于信号处理后的所述光声信号，形成所述待成像物体的三维光声图像。

优选的，在上述光声成像系统中，所述激光器产生的激光脉冲通过光纤照明系统照射所述待成像物体；

其中，所述光纤照明系统包括：光纤耦合器以及多路光纤束；所述光纤束的一端通过所述光纤耦合器耦合至所述激光器的激光输出端口，多路所述光纤束的另一端均分布于同一圆周，所述圆周包围所述待成像物体，为所述待成像物体提供均匀照明。

优选的，在上述光声成像系统中，所述激光器产生的激光脉冲通过自由光路照明系统照射所述待成像物体；

所述自由光路照明系统包括：漫射器、圆锥透镜以及聚光器，所述激光器产生的激光脉冲依次通过所述漫射器、所述圆锥透镜以及所述聚光器后，照射所述待成像物体。

优选的，在上述光声成像系统中，所述三维相控阵超声换能器包括多个超声换能器阵元；

所述多通道数据采集电路包括：多通道放大器、多通道滤波器以及多通道模数转换器；每个所述超声换能器阵元单独对应一个通道，所述超声换能器阵元采集所述光声信号经过对应通道依次进行放大、滤波和模数转换处理后，发送给所述计算机。