三维光声层析成像装置及方法制造方法及图纸

三维光声层析成像装置及方法，属于光声层析成像技术领域。本发明专利技术利用激光器产生激光照射在生物组织表面，生物组织膨胀收缩产生超声信号，再通过超声传感器探测超声信号并传送至成像装置存储和计算，同时通过改变超声传感器的高度和水平位置得到生物组织不同高度和不同角度的吸收分布信息，最后利用重建算法重建出生物组织的三维图像。本发明专利技术提供的装置和方法测量误差小，成像范围大，适应性强，且结构简单易于实现。

A three dimensional photoacoustic tomography device and method

【技术实现步骤摘要】
三维光声层析成像装置及方法
本专利技术涉及光声层析成像
，特别涉及一种三维光声层析成像装置及方法。
技术介绍
光声成像是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法。当脉冲激光照射到(热声成像则特指用无线电频率的脉冲激光进行照射)生物组织中时，组织吸收光将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学组织成像中高分辨率特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度"软极限"(～1mm)，可实现50mm的深层活体内组织成像。光声技术采用非电离波段，是无创检测手段，产生的光声信号和组织生理状态关系易界定，能获得更多诊断信息，成像深度和分辨率可调。近年来，对于光声生物组织成像的技术研究不断有新的突破，利用短脉冲激光激发生物组织内的吸收体，通过探测扩散到组织表面的超声信号从而重建出生物组织内的吸收体分布。这种成像方式与传统的X射线CT、核磁共振成像、超声成像相比，不仅是非电离辐射，对人体完全无害，而且对病变组织具有非常好的对比度。目前通过光声成像研究生物组织的装置中电机扫描会使生物组织产生微小的移动，降低了成像的质量；且目前在活体生物组织成像中可成像范围较小。
技术实现思路
针对上述不足之处，本专利技术提供一种三维光声层析成像装置及方法，利用多个波长成像及定量算法得到成像组织的结构信息和功能性参数。本专利技术的技术方案为：三维光声层析成像装置，包括激光器1、分光镜2、聚焦透镜3、光纤束4、检测装置、数据采集装置和成像装置8，所述激光器1发出脉冲激光并通过所述分光镜2后分为多束单色激光，所述单色激光依次分别通过各自的聚焦透镜3和光纤束4后进入所述检测装置与目标物体5-7反应生成超声信号，所述光纤束4包括一个进光口和多个出光口，用于将进入所述光纤束4的一束单色激光分为多束单色激光，所述数据采集装置采集所述超声信号并传送至所述成像装置8进行保存和处理；其特征在于，所述检测装置包括底座、升降电机5-1、旋转电机5-2、超声传感器5-6、支撑件5-9、第一连接件5-11、第二连接件和内部充满超声波传输介质的水槽，所述升降电机5-1通过所述第二连接件与所述水槽连接并带动所述水槽上下移动；所述支撑件5-9设置在所述底座上并穿过所述水槽的底板进入所述水槽内，目标物体5-7固定在所述水槽内的支撑件5-9的上方；所述水槽包括相互独立的水槽上部5-5、水槽中部5-4和水槽底部5-3，所述水槽底部5-3通过所述第一连接件5-11与所述水槽上部5-5连接；所述旋转电机5-2能够带动所述水槽底部5-3和水槽上部5-5同步转动；所述水槽中部5-4的外侧壁通过夹持件固定在所述第二连接件上，使得所述水槽中部5-4在水槽底部5-3和水槽上部5-5同步转动时保持不动；所述光纤束4的出光口分别均匀设置在所述水槽中部5-4的侧壁上，通过所述光纤束4的激光以从下往上的角度照射到目标物体5-7的表面；所述超声传感器5-6固定在所述水槽上部5-5的侧壁，与照射在目标物体5-7表面的激光处于同一水平面。具体的，所述数据采集装置包括信号放大器6和数据采集卡7，所述超声传感器5-6检测到的超声信号经过信号放大器6放大后被所述数据采集卡7采集并传送至所述成像装置8。具体的，所述水槽上部5-5与水槽中部5-4，以及所述水槽中部5-4与水槽底部5-3的连接处设置有防漏材料，所述防漏材料不影响所述水槽上部5-5、水槽中部5-4和水槽底部5-3之间的相互运动。具体的，所述支撑件5-9与水槽的接触面、所述光纤束4与水槽的接触面、以及所述超声传感器5-6与水槽的接触面设置有橡胶圈，用于防止水槽内的超声波传输介质外漏。具体的，所述检测装置还包括固定件5-12，所述第一连接件5-11有多个，分别通过所述固定件5-12连接。具体的，所述支撑件5-9上设置有远端固定件5-10和近端固定件5-8，目标物体5-7固定在所述远端固定件5-10和近端固定件5-8之间。具体的，所述成像装置8为计算机，所述计算机连接所述升降电机5-1、旋转电机5-2和数据采集卡7。具体的，其特征在于，所述脉冲激光波长为400-1000nm。三维光声层析成像方法，包括如下步骤：步骤一：利用脉冲激光入射到生物组织表面使得生物组织产生超声信号；步骤二：利用超声传感器采集所述超声信号并保存；步骤三：将所述超声传感器以生物组织为中心旋转一个角度；步骤四：重复步骤二和步骤三直到采集到所述生物组织在该水平面的360度的超声信号；步骤五：改变所述超声传感器的水平高度，重复步骤二至步骤四，采集不同高度不同角度的所述生物组织的超声信号；步骤六：通过重建算法利用采集到的超声信号重建出所述生物组织的三维图像。本专利技术的原理及工作过程为：本专利技术提供的三维光声层析成像装置及方法，利用光照射在生物组织，生物组织膨胀收缩产生超声信号，再通过超声传感器探测时域超声信号，获得生物组织的层析图像，进而通过升降电机改变探测的高度获取生物组织不同层面的吸收体分布信息。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用光声信号进行生物组织的三维成像，不仅是非电离辐射，而且包含更多的信息；通过将生物组织固定的方法使得生物组织在实验过程不受电机运动影响，减小了测量误差；通过将激光自下往上照射目标物体得到更大的成像区域；通过改变激光的波长可以得到不同吸收体的信息；通过简单的更换超声传感器可以获得不同分辨率的装置，无需对装置结构进行更改，适应性强；结构简单，造价低廉，易于实现，具有较大的市场推广前景。附图说明图1为本专利技术提供的一种三维光声层析成像装置的实施例示意图。图2为实施例中提供的检测装置的详细结构图。图3为本专利技术实施例中提供的手指光声层析图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例详细描述本专利技术。如图1所示，本专利技术提供的三维光声层析成像装置，其包括激光器1、分光镜2、聚焦透镜3、光纤束4、检测装置、数据采集装置和成像装置8，本实施例中成像装置8为计算机，计算机内装有图像重建和处理软件，可以用来图像重建和图像后期处理，例如Matlab。计算机内同时安装了电机的运动控制软件，用于驱动升降电机5-1和旋转电机5-2的运动，例如基于NationalInstruments公司开发的LabVIEW平台开发的的电机驱动软件。下面以生物组织为手指5-7为例。激光器1发出的激光经分光镜2入射到聚焦透镜3，通过聚焦透镜3入射至光纤束4；光纤末端以一定角度固定在水槽中部5-4，使得激光从光纤4末端从下往上以入射到手指5-7表面，手指5-7吸收激光产生超声信号。超声传感器5-6固定在水槽上部5-5与激光照射在手指5-7层面相同。超声信号传输到超声传感器5-6，转化为电信号，再经信号放大器6放大后被数据采集卡7采集，送入成像装置8存储。水槽底部5-3固定在旋转电机5-2上。下面结合图2对本专利技术提供的三维光声层析成像装置的工作原理分别进行说明。如图2所示，检测装置包括底座、升降电机5-1、旋转电机5-2、超声传感器5-6、支撑件5-9、第一连接件5-11和内部充满超声波传输介质(本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维光声层析成像装置，包括激光器(1)、分光镜(2)、聚焦透镜(3)、光纤束(4)、检测装置、数据采集装置和成像装置(8)，所述激光器(1)发出脉冲激光并通过所述分光镜(2)后分为多束单色激光，所述单色激光依次分别通过各自的聚焦透镜(3)和光纤束(4)后进入所述检测装置与目标物体(5‑7)反应生成超声信号，所述光纤束(4)包括一个进光口和多个出光口，用于将进入所述光纤束(4)的一束单色激光分为多束单色激光，所述数据采集装置采集所述超声信号并传送至所述成像装置(8)进行保存和处理；其特征在于，所述检测装置包括底座、升降电机(5‑1)、旋转电机(5‑2)、超声传感器(5‑6)、支撑件(5‑9)、第一连接件(5‑11)、第二连接件和内部充满超声波传输介质的水槽，所述升降电机(5‑1)通过所述第二连接件与所述水槽连接并带动所述水槽上下移动；所述支撑件(5‑9)设置在所述底座上并穿过所述水槽的底板进入所述水槽内，目标物体(5‑7)固定在所述水槽内的支撑件(5‑9)的上方；所述水槽包括相互独立的水槽上部(5‑5)、水槽中部(5‑4)和水槽底部(5‑3)，所述水槽底部(5‑3)通过所述第一连接件(5‑11)与所述水槽上部(5‑5)连接；所述旋转电机(5‑2)能够带动所述水槽底部(5‑3)和水槽上部(5‑5)同步转动；所述水槽中部(5‑4)的外侧壁通过夹持件固定在所述第二连接件上，使得所述水槽中部(5‑4)在水槽底部(5‑3)和水槽上部(5‑5)同步转动时保持不动；所述光纤束(4)的出光口分别均匀设置在所述水槽中部(5‑4)的侧壁上，通过所述光纤束(4)的激光以从下往上的角度照射到目标物体(5‑7)的表面；所述超声传感器(5‑6)固定在所述水槽上部(5‑5)的侧壁，与照射在目标物体(5‑7)表面的激光处于同一水平面。...

【技术特征摘要】
1.三维光声层析成像装置，包括激光器(1)、分光镜(2)、聚焦透镜(3)、光纤束(4)、检测装置、数据采集装置和成像装置(8)，所述激光器(1)发出脉冲激光并通过所述分光镜(2)后分为多束单色激光，所述单色激光依次分别通过各自的聚焦透镜(3)和光纤束(4)后进入所述检测装置与目标物体(5-7)反应生成超声信号，所述光纤束(4)包括一个进光口和多个出光口，用于将进入所述光纤束(4)的一束单色激光分为多束单色激光，所述数据采集装置采集所述超声信号并传送至所述成像装置(8)进行保存和处理；其特征在于，所述检测装置包括底座、升降电机(5-1)、旋转电机(5-2)、超声传感器(5-6)、支撑件(5-9)、第一连接件(5-11)、第二连接件和内部充满超声波传输介质的水槽，所述升降电机(5-1)通过所述第二连接件与所述水槽连接并带动所述水槽上下移动；所述支撑件(5-9)设置在所述底座上并穿过所述水槽的底板进入所述水槽内，目标物体(5-7)固定在所述水槽内的支撑件(5-9)的上方；所述水槽包括相互独立的水槽上部(5-5)、水槽中部(5-4)和水槽底部(5-3)，所述水槽底部(5-3)通过所述第一连接件(5-11)与所述水槽上部(5-5)连接；所述旋转电机(5-2)能够带动所述水槽底部(5-3)和水槽上部(5-5)同步转动；所述水槽中部(5-4)的外侧壁通过夹持件固定在所述第二连接件上，使得所述水槽中部(5-4)在水槽底部(5-3)和水槽上部(5-5)同步转动时保持不动；所述光纤束(4)的出光口分别均匀设置在所述水槽中部(5-4)的侧壁上，通过所述光纤束(4)的激光以从下往上的角度照射到目标物体(5-7)的表面；所述超声传感器(5-6)固定在所述水槽上部(5-5)的侧壁，与照射在目标物体(5-7)表面的激光处于同一水平面。2.根据权利要求1所述的三维光声层析成像装置，其特征在于，所述数据采集装置包括信号放大器(6)和数据采集卡(7)，所述超声传感器(5-6)检测到的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚磊，齐伟智，赫明，黄娜，姚磊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51