一种光声成像信号复用装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光声成像信号复用装置和方法，所述装置包括光学扫描部分和信号采集部分，其中，光学扫描部分包括扫描控制电脑、振镜控制板卡、激光发生模块和振镜模块，扫描控制电脑通过振镜控制板卡分别连接激光发生模块和振镜模块；信号采集部分包括依次连接的超声探头组、信号选择模块和数据采集模块，数据采集模块与激光发生模块连接；控制激光发生模块发出激光，并控制振镜模块的偏转角度，激光通过振镜模块聚焦在样品上发出超声信号，同时触发数据采集模块；超声探头组获取超声信号，通过信号选择模块实现单通道多探头信号复用后传输给数据采集模块。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高成像信噪比，降低激光能量和探头性能要求等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光声成像信号复用装置和方法
本专利技术涉及光学成像领域，尤其是涉及一种光声成像信号复用装置和方法。
技术介绍
光声成像技术基本原理为当脉冲激光照射到生物组织中时，由于组织的光吸收及热膨胀将产生超声信号，这种光致超声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过测量这些超声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。因此，光声成像具有光学的高对比度和声学深穿透性的双重优势，在生命科学研究及临床医学诊断领域中具有广泛的应用前景。激光扫描光学分辨率光声显微成像系统是基于振镜扫描控制激光束在水平方向高速移动，通过光学透镜聚焦光斑照射组织从而诱发超声信号，这种光声成像技术具有高分辨率、成像速度快等特点。目前光声显微成像技术在临床应用中面临的挑战主要是激光照射能量安全问题，而在安全阈值下的低能量激光照射组织所诱发的超声信号非常微弱，因而需要超高灵敏度及高信噪比的超声传感器，但是，目前市场上还没有满足技术要求的产品。经过对现有技术的检索发现，外文文献：“Laser-scanningphotoacousticmicroscopywithultrasonicphasedarraytransducer,BiomedOptExpress.2012；3(11):2694-9.”提出了一种多通道探头阵列采集超声信号，再通过波束赋形算法融合多通道信息，能够有效提高成像信噪比，降低系统对激光能量和探头性能的要求，但是高速多通道数据采集模块成本高昂，其工作稳定性也会随通道数量增加而下降。中国专利(申请号：201210043841.1；公开号：CN102621067)公开了一种基于二维激光振镜扫描的实时光声成像系统，该系统采用激光扫描方法，以单元探头或探头阵列形式采集光声信号，但是并没有涉及到通过探头阵列优化成像信噪比，以实现降低激光能量，达到临床应用标准的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光声成像信号复用装置和方法，能够在不降低系统扫描速度的条件下提高成像信噪比，降低激光能量和探头性能的要求。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种光声成像信号复用装置，包括光学扫描部分和信号采集部分，其中，所述光学扫描部分包括扫描控制电脑、振镜控制板卡、激光发生模块和振镜模块，所述扫描控制电脑通过振镜控制板卡分别连接激光发生模块和振镜模块；所述信号采集部分包括依次连接的超声探头组、信号选择模块和数据采集模块，所述数据采集模块与激光发生模块连接；扫描控制电脑通过振镜控制板卡控制激光发生模块发出激光，并控制振镜模块的偏转角度，所述激光通过振镜模块聚焦在样品上发出超声信号，同时触发数据采集模块；超声探头组获取超声信号，通过信号选择模块实现单通道多探头信号复用后传输给数据采集模块。所述激光发生模块包括激光光源、分光镜、光纤组件和扩束准直组件，所述激光光源与振镜控制板卡连接，所述激光光源、分光镜、光纤组件、扩束准直组件依次连接；激光光源发出的激光通过分光镜后，一路依次通过光纤组件、扩束准直组件射在振镜模块上，另一路射在数据采集模块上，触发数据采集模块。所述光纤组件包括光纤耦合器、准直器和光纤跳线。所述扩束准直组件包括对激光进行扩束的两个凸透镜。所述扩束准直组件还包括使通光直径与振镜模块相匹配的光阑。所述振镜模块包括扫描振镜和聚集透镜，所述扫描振镜与振镜控制板卡连接；扫描控制电脑通过振镜控制板卡输出模拟电流控制扫描振镜偏转，经扩束准直组件后的激光通过扫描振镜反射和聚焦透镜，聚焦在样品上。所述超声探头组包括至少2个高灵敏度针式超声探头，分布设置在样品处。所述信号选择模块包括高速开关和放大器，所述高速开关分别连接超声探头组和放大器，所述高速开关的开关通道数与超声探头个数、数据采集模块通道数相匹配，通过高速开关选通各个超声探头实现多通道时分复用。所述数据采集模块连接有包括依次连接的光电检测器、数据采集卡和数据采集电脑，所述数据采集卡与放大器连接，所述光电检测器接收激光后触发数据采集卡。一种光声成像信号复用装置的复用方法，包括以下步骤：1)触发激光光源发出激光，该激光一路依次通过光纤组件、扩束准直组件、扫描振镜、聚集透镜聚焦在样品上，使样品发出超声信号，另一路照射在光电检测器上，触发数据采集卡开始采集；2)样品发出的超声信号传导至超声探头组；3)高速开关按各超声探头的远近选通各超声探头的信号通道，在激光扫描时间间隔内实现多通道时分复用；4)通过高速开关的信号经放大器后传入数据采集卡，并存入数据采集电脑。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术通过设计多个单元探头在接收超声信号时的位置分布，利用这些探头与样品的距离差，在激光扫描时间间隔内实现单通道上多路超声信号复用，由于复用的整体时间在扫描的时间间隔之内，能够在不降低系统扫描速度的条件下提高成像信噪比，降低激光能量和探头性能的要求，同时节约了系统成本，对于光声显微成像技术的临床应用有重要作用。(2)普通的时分复用方法进行多通道采集所需时间会成倍增加，而本专利技术由于激光扫描间隔的存在，其时间间隔理论上可容纳多个超声探头的复用而不影响整体性能，能够显著提高成像信噪比，使得降低激光能量实现临床应用成为可能。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术多通道信号复用方法的原理示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例提供一种光声成像信号复用装置，包括光学扫描部分和信号采集部分，其中，光学扫描部分包括扫描控制电脑14、振镜控制板卡13、激光发生模块和振镜模块，扫描控制电脑14通过振镜控制板卡13分别连接激光发生模块和振镜模块；信号采集部分包括依次连接的超声探头组7、信号选择模块和数据采集模块，数据采集模块与激光发生模块连接。激光发生模块包括激光光源1、分光镜2、光纤组件3和扩束准直组件4，激光光源1与振镜控制板卡13连接，激光光源1、分光镜2、光纤组件3、扩束准直组件4依次连接。本实施例中，激光光源1为Nd:YAG脉冲激光器，波长532nm，脉宽2ns，最大能量10μJ，重复频率30kHz或同等条件下的可调谐激光器。光纤组件3包括光纤耦合器、准直器和光纤跳线，耦合器、准直器的参数均为有效焦距11mm，输入模场直径3.5μm，输出束腰直径2.06mm。扩束准直组件4包括两个凸透镜，焦距分别为30mm和60mm，，将激光扩束2倍。为了优化光束质量，扩束准直组件4还包括使通光直径与振镜模块中的振镜镜片相匹配的光阑。振镜模块包括扫描振镜5和聚集透镜6，扫描振镜5与振镜控制板卡13连接。超声探头组7包括至少2个完全相同的高灵敏度针式超声探头，分布设置在样品处。各超声探头的中心频率20～40MHz，直径小于2mm，可依据激光扫描时间间隔和高速开关性能决定放置探头个数，能够最大程度提高单个探头的灵敏度并保证有限区域内容纳探头个数。信号选择模块包括高速开关9和放大器10，高速开关9分别连接超声探头组7和放大器10，高速开关9的开关通道数与超声探头个数、数据采集模块通道数相匹配，通过高速开关9选通各个超声探头实现多通道时分复用。数据采集模块连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光声成像信号复用装置，其特征在于，包括光学扫描部分和信号采集部分，其中，所述光学扫描部分包括扫描控制电脑、振镜控制板卡、激光发生模块和振镜模块，所述扫描控制电脑通过振镜控制板卡分别连接激光发生模块和振镜模块；所述信号采集部分包括依次连接的超声探头组、信号选择模块和数据采集模块，所述数据采集模块与激光发生模块连接；扫描控制电脑通过振镜控制板卡控制激光发生模块发出激光，并控制振镜模块的偏转角度，所述激光通过振镜模块聚焦在样品上发出超声信号，同时触发数据采集模块；超声探头组获取超声信号，通过信号选择模块实现单通道多探头信号复用后传输给数据采集模块。

【技术特征摘要】
1.一种光声成像信号复用装置，其特征在于，包括光学扫描部分和信号采集部分，其中，所述光学扫描部分包括扫描控制电脑、振镜控制板卡、激光发生模块和振镜模块，所述扫描控制电脑通过振镜控制板卡分别连接激光发生模块和振镜模块；所述信号采集部分包括依次连接的超声探头组、信号选择模块和数据采集模块，所述数据采集模块与激光发生模块连接；扫描控制电脑通过振镜控制板卡控制激光发生模块发出激光，并控制振镜模块的偏转角度，所述激光通过振镜模块聚焦在样品上发出超声信号，同时触发数据采集模块；超声探头组获取超声信号，通过信号选择模块实现单通道多探头信号复用后传输给数据采集模块；所述激光发生模块包括激光光源、分光镜、光纤组件和扩束准直组件，所述激光光源与振镜控制板卡连接，所述激光光源、分光镜、光纤组件、扩束准直组件依次连接；激光光源发出的激光通过分光镜后，一路依次通过光纤组件、扩束准直组件射在振镜模块上，另一路射在数据采集模块上，触发数据采集模块；所述超声探头组包括至少2个高灵敏度针式超声探头，分布设置在样品处；所述信号选择模块包括高速开关和放大器，所述高速开关分别连接超声探头组和放大器，所述高速开关的开关通道数与超声探头个数、数据采集模块通道数相匹配，通过高速开关选通各个超声探头实现多通道时分复用。2.根据权利要求1所述的光声成像信号复用装置，其特征在于，所述光纤组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴新禹，周传清，李林，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31