[发明专利]一种光声超声多模态成像系统

权利要求书

1.一种光声超声多模态成像系统，其特征在于：

该多模态成像系统包括四个成像子系统，分别为光声显微成像系统、光声层析成像系统、宽波束B-mode超声成像系统和超声多普勒成像系统；

该多模态成像系统包括光源组件、光路整形组件、光路传输组件、光束扫描组件、反射式支架、信号采集与控制平台、计算机和耦合水槽；

所述光源组件包括应用于光声显微成像系统的固体激光器与连续谱发光二极管，和应用于光声层析成像系统的发射短脉冲激光的泵浦激光器与光学参数振荡器，用于向成像目标发射一定频率的脉冲激光；其中，光声显微成像系统应用可见光波段的高频激光，光声层析成像系统应用近红外波段的低频激光；

所述光路整形组件包括应用于光声显微成像系统的滤光片与反射镜，和应用于光声层析成像系统的扩束器与透镜组，用于发射激光的光斑整形；

所述光路传输组件包括应用于光声显微成像系统的聚焦物镜、滤光小孔以及单模光纤，和应用于光声层析成像系统的平凸透镜与多模光纤，用于传输激光并根据不同成像需求射出单模或多模光斑；

所述光束扫描组件包括可调焦准直透镜、二维MEMS扫描振镜以及平凸透镜，用于对光声显微成像系统中单模光纤出射的脉冲激光进行准直，扫描与聚焦；

所述反射式支架包含光束传输组件与超声反射组件，并设置入光口与第一出光口用于激光信号与超声信号传输，所述激光器产生的脉冲激光通过入光口进入反射式支架，并通过第一出光口到达成像目标；所述第一出光口也作为宽波束B-mode超声成像系统与超声多普勒成像系统中超声信号与成像目标反应的中介；

所述信号采集与控制平台使用商用的超声平台，该平台附带有一体化的阵列超声探头，用于超声信号的发射与接收；该平台通过程序编码对发射和采集到的超声信号进行简单操作，包括放大，滤波以及信号显示等预处理；

所述计算机用于驱动二维MEMS扫描振镜实现光栅扫描并控制电机转动；此外，图像的重建过程在计算机上实现；

所述耦合水槽，用于传输激光信号与超声信号，通过超声耦合剂与成像目标直接接触。

2.根据权利要求1所述的光声超声多模态成像系统，其特征在于：所述采集控制平台与激光器共同合作完成对四种模态的时序控制，每一采集周期完成一个成像截面的信号采集；所述连续谱发光二极管接收固体激光器的激光脉冲并传送到采集控制平台提供触发信号，采集控制平台接收触发信号，并在一个采集周期内先后完成光声显微成像模态信号采集，短脉冲激光发射，光声层析成像模态信号采集，宽波束超声信号发射与接收，平面波超声信号发射与接收；所述短脉冲激光由泵浦激光器与光学参数振荡器接收采集控制平台的触发信号进行发射。

3.根据权利要求1所述的光声超声多模态成像系统，其特征在于：所述采集与控制平台控制阵列换能器向成像目标发射宽波束超声信号以进行B-mode成像扫描，并接收超声回波信号；所述采集与控制平台控制阵列换能器向成像目标发射平面波超声信号进行多普勒成像扫描，控制换能器接收超声回波信号，并对信号进行存储，以备后续的图像重建与处理；阵列超声换能器利用所有阵元对四种模态产生的超声信号进行接收。

4.根据权利要求1所述的光声超声多模态成像系统，其特征在于：所述光声显微成像系统利用光束扫描组件对成像目标进行二维扫描，计算机控制二维MEMS扫描振镜的第一个轴进行移动，带动聚焦的点激光遍历快轴的扫描范围，形成一幅B-scan图像后，二维MEMS扫描振镜改变另一个轴的位置作为慢轴，重复B-scan扫描过程；这样遍历成像区域后，利用多个B-scan图像获得成像目标的最大值投影图像。

5.根据权利要求1所述的光声超声多模态成像系统，其特征在于：所述宽波束B-mode超声成像系统在控制阵列超声换能器发射超声波时以发射线位置为中点，并在阵列换能器两侧对称设置相等阵元数的阵元形成一组探头阵元组，使每一探头阵元组按照排布顺序依次聚焦于所设置的每一个焦点，该焦点深度在成像平面外；得到深度方向上的波束宽度和能量均匀分布，从而获得视场范围内灰阶和分辨率一致性高的超声图像。