一种高速大视场多光谱光声成像方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速大视场多光谱光声扫描成像方法及其装置，所述扫描成像方法利用一维扫描振镜与F-theta透镜组将准直后的脉冲激光会聚成的线形光斑激发组织体产生光致超声信号，利用置于侧向的声反射镜反射光声信号后，由非聚焦超声换能器接收外传超声信号。系统仅需一维扫描器扫描且无需算法即可高速获取二维光声吸收分布图的方法。所述扫描成像装置，包括光声激发光源发生组件、超声耦合组件、光声信号采集、器件扫描同步控制组件。该扫描成像方法仅通过一维光学扫描方式还降低扫描控制的难度与加快了成像时间，实现了大视场、高分辨的二维层析成像。该扫描成像装置简易，造价低廉，便携且易于推广与临床监测。

【技术实现步骤摘要】
一种高速大视场多光谱光声成像方法及其装置
本专利技术属于扫描层析成像技术，特别涉及一种高速多光谱大视场光声扫描成像方法及其装置。
技术介绍
F-theta透镜是激光扫描成像系统中一种具有特殊要求的透镜系统。它能将经激光振镜等扫描件反射后的激光束聚焦于扫描平面上而获取一维或二维扫描像。它具有大视场、小相对孔径、照度均匀以及像面为平面的特点，被广泛应用于激光打标、切割、打孔以及条纹码识别等等方面。由于其易与各种扫描器件结合，而形成高响应速度、大视场、聚焦光斑可按要求变化以及环境适应性强等特点，具有广阔的应用前景。光声扫描层析成像技术是一门新兴的医学成像技术。它是基于光声效应原理，以超声作为信息载体反映不同组织体对激光的吸收差异,能同时从形态与功能等方面多尺度的对组体的生理病理特征进行多方位的刻画。它秉承了光学与超声成像的特点，具有高分辨，深成像深度且非电离、无损的成像特征，是当前国际上热门研究领域之一。然而，在疾病治疗监测中，人们越来越关注药物与标靶组织体相互作用的动力过程，这就对系统的成像速度有较高的要求。因此，研发实时、在体、便携、无损的高速成像系统是当前成像系统发展的一个重要方向。目前，光声扫描成像系统的成像速度主要三方面的因素影响：激光重复率、成像扫描方法以及成像算法。而激光重复率更多取决于激光器生产商的制造，很难能过系统设计实现更改，而扫描方法则更侧重于方法上的设计，可根据系统要求进行适当优化设计，是当前进一步提高光声扫描成像速度的主要途径。现有技术中，光声扫描成像系统获取二维层析图像的扫描方法主要有：1.机械平移台或机械旋转台完成扫描，该类扫描的特点是采集数据点多，速度慢，且图像反演速度还受成像算法运行的时间影响以及机械移动形成的图像伪迹难以消除。这类系统常见于早期的光声扫描层析成像系统。2.二维振镜扫描，该类扫描方式常见于光声显微成像系统，其成像速度得到很大的提高，但是却受到视场限制而难以在短时间内获取大面积的二维扫描图像，且二维振镜扫描控制则需两个维度的配合，也增加了扫描时间的消耗与系统开发的难度。3.机械平移与光学扫描相结合。这类方式必定在其中一个方向上受视场小的影响且同时还受机械扫描的慢速影响，从而难以获得更快的扫描速度。除此以外，还有采用有限角数据采集、电子扫描等等，但这些方法依然难以突破算法、视场的限制而获得更高的成像速度与更大的视场空间。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种高速大视场多光谱的光声扫描成像方法，所述光声扫描成像方法光声扫描成像快，设计简单；高分辨光声成像；避免了成像延迟问题；能够快速获取大视场扫描成像。本专利技术的另一目的在于提供一种高速大视场多光谱的光声扫描成像装置，所述光声扫描成像装置结构简单，操作简便，易于便携使用。本专利技术的技术方案：一种高速大视场多光谱光声成像方法，包括以下述步骤：步骤一：基于计算机1控制的基于FPGA控制电路2产生TTL信号控制脉冲激光器3，并输出短脉冲激光，其出光重复率等同于基于FPGA控制的电路2生成的TTL信号频率；步骤二：生成的短脉冲激光经激光耦合器4耦合入光纤5，光纤5输出端与激光准直扩束器6连接；准直后的激光由反射镜702与一维扫描振镜701反射，并经F-theta透镜组703整形后将入射的圆形光斑转变为线形光斑输出，该线形光斑直接照射到样品上激发产生光声信号；步骤三：在线形光斑辐照下，不同空间位置吸收体受激产生外传光声信号；外传光声信号经耦合剂与超声反射镜10反射后由超声传感器9接收，直接将吸收体空间位置信息转化为时间分辨的光声信号；步骤四：该光声信号经基于FPGA控制电路2进行前置调理后再由计算机1控制基于FPGA控制电路2生成的TTL同步信号触发进行时辨光声信号的采集与存储；步骤五：由计算机1控制基于FPGA控制电路2生成信号输入一维扫描振镜701驱动电路，驱动电路驱动一维扫描振镜701进行逐线扫描，生成信号依次进行信号接收、调理与放大、采集数据；步骤六：在计算机1中对采集的数据直接进行处理，无需算法反演而直接将时辨光声信号幅值以灰度值的形式映射到显示屏上，得到反映扫描平面上组织体的光吸收分布二维层析灰度图像；步骤七：由计算机1控制基于FPGA控制电路2信号发生器生成信号控制脉冲激光器3输出新波长激光，再重复步骤二、步骤三、步骤四、步骤五、步骤六获得多光谱二维层析灰度图。进一步地，所述F-theta透镜组703由一块或多块透镜组合而成，能将激光会聚成具有长度为5～20mm、照度均匀的线形光斑。进一步地，所述超声传感器9为单元平场探头、单元聚焦探头或多元阵列式探头中的任一种。进一步地，线形光斑的方向与超声传感器9轴向方向平行本专利技术还提供了一种高速大视场多光谱的光声扫描成像装置，包括光声激发光源发生组件、超声耦合组件、光声信号采集与器件扫描同步控制组件；光声激发光源发生组件包括脉冲激光器3、激光耦合器4、光纤5、激光准直扩束器6、反射镜702、一维扫描振镜701、F-theta透镜组703，所述脉冲激光器3、激光耦合器4、光纤5、激光准直扩束器6、反射镜702、一维扫描振镜701、F-theta透镜组703依次连接；超声耦合组件包括水槽8、超声耦合液、声透膜801、超声反射镜10；光声信号采集与器件扫描同步控制组件包括超声传感器9、基于FPGA控制电路2、计算机1；基于FPGA控制电路2包括超声信号调理、放大、采集电路、信号发生器；一维扫描振镜701与基于FPGA控制电路2连接，超声传感器9与基于FPGA控制电路2连接，激光器3与基于FPGA控制电路2连接，基于FPGA控制电路2与计算机1连接；水槽8由合成树脂制成长方体，下方安装有450超声反射镜10，侧向开口并覆盖有声透膜801；水槽8内设有超声耦合液。本专利技术的优点效果是：1、利用一维扫描振镜实现二维图像的获取，避开了二维扫描所带来的时间耗费与设计的复杂度。2、利用线形光斑方向与探测器轴向平行的方法，能够获得声轴方向达超声分辨与扫描方向达到光分辨的高分辨光声成像。3、由于本专利技术采用的是线形光斑的原位超声激发方法，使得成像过程无需算法而能直接成像，回避了因算法的引入而导致的成像延迟。4、本专利技术利用了F-theta透镜组的特点能够快速获取大视场扫描成像，克服了现有高分辨光声成像中的小视场问题。5、本专利技术装置结构简单，操作简便，易于便携使用。附图说明图1为本专利技术一种高速大视场多光谱光声成像方法的装置结构示意图；图2为本专利技术模拟样品5根人体头发示意图；图3为本专利技术最终反演结果在计算机的显示图；附图标示：1、计算机；2、基于FPGA控制电路；3、脉冲激光器；4、激光耦合器；5、光纤；6、激光准直扩束器；702、反射镜；701、一维扫面振镜；703、F-theta透镜组；8、水槽；801、声透膜；9、超声传感器；10、超声反射镜。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明：由图1可见，本专利技术一种高速大视场多光谱光声成像装置包括光声激发光源发生组件、超声耦合组件、光声信号采集与器件扫描同步控制组件；光声激发光源发生组件包括脉冲激光器3、激光耦合器4、光纤5、激光准直扩束器6、反射镜702、一维扫描振镜701、F-theta透镜组703，所述脉冲激光器3、激光耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速大视场多光谱光声成像方法，其特征在于：所述方法包括以下述步骤：步骤一：基于计算机(1)控制的基于FPGA控制电路(2)产生TTL信号控制脉冲激光器(3)，并输出短脉冲激光；步骤二：生成的短脉冲激光经激光耦合器(4)耦合入光纤(5)，光纤(5)输出端与激光准直扩束器(6)连接；准直后的激光由反射镜(702)与一维扫描振镜(701)反射，并经F‑theta透镜组(703)整形后将入射的圆形光斑转变为线形光斑输出；步骤三：在线形光斑辐照下，不同空间位置吸收体受激产生外传光声信号；外传光声信号经耦合剂与超声反射镜(10)反射后由超声换能器接收，直接将吸收体空间位置信息转化为时间分辨的光声信号；步骤四：光声信号经基于FPGA控制电路(2)进行前置调理后再由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)生成的TTL同步信号触发进行时辨光声信号的采集与存储；步骤五：由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)生成信号输入一维扫描振镜(701)驱动电路，驱动电路驱动一维扫描振镜(701)进行逐线扫描，生成信号依次进行信号接收、调理与放大、采集数据；步骤六：在计算机(1)中对采集的数据直接进行处理，将时辨光声信号幅值以灰度值的形式映射到显示屏上，得到反映该扫描平面上组织体的光吸收分布二维层析灰度图像；步骤七：由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)信号发生器生成信号控制脉冲激光器(3)输出新波长激光，再重复步骤二、步骤三、步骤四、步骤五、步骤六获得多光谱二维层析灰度图。...

【技术特征摘要】
1.一种高速大视场多光谱光声成像方法，其特征在于：所述方法包括以下述步骤：步骤一：基于计算机(1)控制的基于FPGA控制电路(2)产生TTL信号控制脉冲激光器(3)，并输出短脉冲激光；步骤二：生成的短脉冲激光经激光耦合器(4)耦合入光纤(5)，光纤(5)输出端与激光准直扩束器(6)连接；准直后的激光由反射镜(702)与一维扫描振镜(701)反射，并经F-theta透镜组(703)整形后将入射的圆形光斑转变为线形光斑输出；步骤三：在线形光斑辐照下，不同空间位置吸收体受激产生外传光声信号；外传光声信号经耦合剂与超声反射镜(10)反射后由超声传感器(9)接收，直接将吸收体空间位置信息转化为时间分辨的光声信号；步骤四：光声信号经基于FPGA控制电路(2)进行前置调理后再由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)生成的TTL同步信号触发进行时辨光声信号的采集与存储；步骤五：由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)生成信号输入一维扫描振镜(701)驱动电路，驱动电路驱动一维扫描振镜(701)进行逐线扫描，生成信号依次进行信号接收、调理与放大、采集数据；步骤六：在计算机(1)中对采集的数据直接进行处理，将时辨光声信号幅值以灰度值的形式映射到显示屏上，得到反映扫描平面上组织体的光吸收分布二维层析灰度图像；步骤七：由计算机(1)控制基于FPGA控制电路(2)信号发生器生成信号控制脉冲激光器(3)输出新波长激光，再重复步骤二、步骤三、步骤四、步骤五、步骤六获得多光谱二维层析灰度图。2.根据权利要求1所述的一种高速大视场多光谱光声成像方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文明，郑少锋，黄诗浩，林抒毅，邵明，聂明星，蒋新华，蔡思静，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35