[发明专利]一种基于声学散射透镜的光声断层成像装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于声学散射透镜的光声断层成像装置；包括四个相同的散射透镜装置和脉冲激光器；脉冲激光器用于发射脉冲激光束照射成像目标激发光声信号；四个散射透镜装置的成像区域ROI重合,成像区域ROI为正方体空间；四个散射透镜装置互成90°角并对成像区域ROI在x‑y平面上进行全包围。本发明由于显著降低了光声信号探测过程所需的换能器数量，可降低系统硬件成本。

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，具体涉及一种基于声学散射透镜的光声断层成像装置及方法

光声断层成像(PAT,Photoacoustic Tomography)是一种基于光声效应的新型非侵入式生物医学成像方法，其具有光学成像对比度高以及声学成像可在深层组织获得高分辨率的特点。PAT成像过程中，首先利用非聚焦脉冲激光束照射待生物组织，生物组织中的光吸收体吸收了光波能量后由于热胀冷缩效应激发出超声波并向周边传播，该超声波即为光声信号；随后，布置在组织周边的超声换能器接收超声波，上位机通过特定的重构算法形成生物组织内部光吸收系数分布图像。PAT本质上是光学成像，但光学参量的载体是超声波，它打破了光学散射对成像深度的约束，可以在5-6cm的成像深度获得良好的声学空间分辨率。近年来，PAT在诸多医学领域展现出了广阔的应用前景，如：肿瘤诊断、血管疾病诊断、小动物全身成像、关节炎诊断、药物输运监测以及其他各类医学应用。

早期的PAT系统大多采用单换能器单通道的硬件配置，其利用步进电机带动换能器沿预先设定的轨道移动，利用合成孔径原理达到阵列成像的效果，这种方式存在鲁棒性较差，扫描时间过长等缺点，难以适应当今临床领域的快速成像需求。多通道PAT系统具有实时性好的优点，近年来，针对多通道PAT系统开展了相关研究并取得了系列进展。然而，多通道系统成本高昂的缺点始终是制约PAT大范围应用的重要因素。为减少换能器及通道数量，国内外学者提出了基于声学透镜的PAT、基于声学腔穴的PAT等方法，但这些方法亦存在器件需要特殊材质制作、加工难度大、鲁棒性较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于声学散射透镜的光声断层成像装置及方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明所述的一种基于声学散射透镜的光声断层成像装置；包括四个相同的散射透镜装置和脉冲激光器；脉冲激光器用于发射脉冲激光束照射成像目标激发光声信号；四个散射透镜装置的成像区域ROI重合,成像区域ROI为正方体空间；四个散射透镜装置互成90°角并对成像区域ROI在x-y平面上进行全包围；

散射透镜装置包括单侧开口的矩形金属腔体、散射透镜和换能器；散射透镜靠近金属腔体的开口侧；换能器固定在金属腔体开口侧对面的侧板外侧；金属腔体开口侧对面的侧板中心位置上开设有开孔，换能器的发射端面正对开孔，发射端面与开孔所在的侧板处于同一平面；所述散射透镜包括多个呈矩形阵列分布的散射体；散射体由钢柱和多个钢球组成，钢柱竖直固定在金属腔体的顶板和底板之间；钢球等间距分布在钢柱上；换能器的发射端面、散射透镜以及成像区域RO1三者的中心位于一条直线上；四个散射透镜装置的换能器通过数据采集系统连接上位机。

进一步地，所述换能器为声透镜接收换能器。

声透镜接收换能器为中心频率为f₀的宽带非聚焦换能器；中心频率f₀优选的为3-5MHz。

作为本发明的其中一个实施例，单根散射体的钢柱直径为0.8mm，长度为60mm；钢球的直径为2mm，沿钢柱的分布间距为2mm；钢柱以间隔2mm等间距排列成4×15的矩形阵列，金属腔体呈正方体，其在x-y-z方向上的尺寸均为60mm；成像区域ROI的尺寸为30mm×30mm×30mm，换能器的中心点到成像区域ROI的中心点的距离为90mm。

一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法；包括以下步骤：