[发明专利]基于电磁场空间定位的光声成像系统

说明书

本发明涉及一种基于电磁场空间定位的光声成像系统，包括光声成像单元，其特征在于，超声换能器在空间内随意移动以完成对成像目标感兴趣区域的完整扫描；还包括空间定位单元，超声换能器每移动一个位置，都由空间定位单元获得超声换能器的位置坐标信息，并将该位置坐标信息发送给计算机；计算机将每张二维的光声图像根据其对应的位置坐标信息进行位置校准后，将校准后的光声图像重建为三维光声图像。本发明可以更灵活地实现任意位置的光声成像，也可以实现任意形状的光声成像，而不局限于超声换能器的形状和尺寸，从而突破临床中光声成像应用的限制，更好地实现光声成像在临床中的落地应用。

技术领域

本发明涉及一种光声成像系统，属于光声成像、光声传感、空间定位、三维成像、光声探笔、实时成像、术中导航技术领域。

背景技术

光声成像有着独特的优点，因其在物理层面结合了光学高对比度和超声高空间分辨率的优点。基于光声效应的光声成像是一种非侵入性的生物医学成像技术，小至细胞大到对器官的成像在医学成像中均有应用。光声成像系统的工作原理是将一束瞬间脉冲平行光均匀地打在成像物体上，由于目标物体对光能量的吸收导致热膨胀从而产生PA信号(光声信号，由光声效应产生的超声信号)。在成像特点上，一方面，生理组织对超声信号的散射比光散射低2至3个数量级，因此超声信号用于在光声成像中图像的重建，可以在深层组织成像时提供更高的空间分辨率。另一方面，与超声成像相比，光声成像结合了光学高对比度特性，还能提供多种功能信息。

光声成像是基于对超声探头接收到的光声信号进行图像重建。光声成像中的光声显微成像(PAM)、光声断层层析成像(PAT)和光声内窥成像(PAE)在图像重建时都需要确定各路光声信号在接收时传感器超声探头的位置，才能准确的重建出光声图像。例如，光声显微镜在重建时是根据扫描光斑(光学分辨率PAM)或者超声探头(声学分辨率PAM)的横纵坐标确定对应信号的位置以重建图像；在PAT成像中则是根据超声探头的位置分布确定图像重构；同理，PAE也需要知道超声探头的位置及角度以确定图像重建。而在上述提到的系统中探头的位置分布均是根据物理结构或机械运动确定的。而以上提到的光声成像系统所能实现的成像范围取决于探头尺寸和机械限定的固定的扫描范围。

常用的实现三维光声断层成像多为固定区域的成像，且成像区域大小取决于超声探头阵列的尺寸大小，或由机械扫描范围决定。例如，常见的用于三维光声成像的阵列有半球状的超声阵列(如图1所示)、圆柱形超声阵列(如图2所示)、二维面阵超声换能器。应用以上超声探头都可以实现光声三维成像，但其灵活性低，成像范围局限于探头尺寸大小，且系统通用性差，高密度阵列探头的价格高。而另一种基于机械式扫描的光声三维成像系统，如线阵探头配合线性位移台实现的三维成像，其灵活性受限于机械位移平台，如图3所示。

发明内容

本发明的目的是：实现任意空间位置，更大范围和更灵活的光声成像系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于电磁场空间定位的光声成像系统，包括光声成像单元，光声成像单元包括由计算机控制的激光源，激光源在计算机控制下发出激光脉冲，由超声换能器接收成像目标受到激光照射产生的光声信号激光脉冲，计算机接收光声信号激光脉冲后得到二维的光声图像，其特征在于，超声换能器在空间内随意移动以完成对成像目标感兴趣区域的完整扫描；

光声成像系统还包括空间定位单元，超声换能器每移动一个位置，都由空间定位单元获得超声换能器的位置坐标信息，并将该位置坐标信息发送给计算机；超声换能器处于任意位置时，计算机同步接收超声换能器在当前位置所获得的所述光声信号激光脉冲以及空间定位单元发送的位置坐标信息，计算机利用接受到所述光声信号激光脉冲得到二维的光声图像后，将该二维的光声图像与同步接收到的位置坐标信息相关联；超声换能器完成对成像目标感兴趣区域的扫描后，计算机获得多个二维的光声图像以及与每个光声图像相关联的位置坐标信息，计算机将每张二维的光声图像根据其对应的位置坐标信息进行位置校准后，将校准后的光声图像重建为三维光声图像。

优选地，以手持方式随意移动所述超声换能器。