多光谱光学技术融合的测温装置制造方法及图纸

一种多光谱光学技术融合的测温装置，包括：多光谱可调谐激光器、可变滤光镜、光束整形器、光束二向分束器、参考臂、光谱仪、准直扩束透镜组、针孔光阑、高速扫描振镜、大孔径显微物镜、水槽、超声探测器、高精度温度加热控制器、温度传感器和计算器；本实用新型专利技术能全面、实时、快速测量肿瘤局部热疗的组织内部温度分布情况，且可对组织在受热过程中，其内部精细形态结构特征信息发生改变进行同时成像与精确测量，实现肿瘤热疗中组织内部结构和组份变化的状态提供快速多维成像。

A temperature measuring device for multispectral optical fusion

A multi spectral optical technology fusion temperature measuring device, including multi spectral tunable laser, variable filter mirror, beam shaper, beam two direction beam splitter, reference arm, spectrometer, collimated beam expansion lens group, pinhole aperture, high-speed scanning mirror, large aperture microscopic objective, tank, ultrasonic detector, high precision temperature. This utility model can measure the temperature distribution inside the tissue in a comprehensive, real-time and rapid tumor local hyperthermia, and can change the internal fine morphology and structure feature information at the same time in the process of heating. The state of organizational internal structure and composition changes provides fast multidimensional imaging.

【技术实现步骤摘要】
多光谱光学技术融合的测温装置
本技术涉及的是一种光学测温领域的技术，具体是一种多光谱多光学技术融合的测温装置。
技术介绍
针对肿瘤瘤位进行热疗是抑制肿瘤生长的重要手段之一，其基本原理主要是利用外部的物理热源对目标进行加热使肿瘤区域温度上升，达到对肿瘤细胞凋亡又不对正常组织造成损伤的治疗目的。然而，在温度不断上升的过程中对目标组织内部的温度变化进行精准、高灵敏检测对提高治疗效果非常关键。传统的核磁共振检测技术可获取高分辨和高对比度的温升图像，但其时间长且价格昂贵，且该方法易受组织电传导系数的影响；近红外热成像只能获取组织的浅表层温度分布的热图像，而不能对组织深处进行检测；超声扫描技术能够提供实时深层组织内部温升图像，但其对比度和温升敏感性却较低。因此，高灵敏、快速而精准地实时监控目标组织内部温升的情况，并获取组织内部温升与目标受热情况下，温度的分布图像来反应组织特性改变与热疗效效果，对临床的肿瘤诊断有着非常重要的意义。
技术实现思路
本技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种多光谱光学技术融合的测温装置，不仅能够高分辨、实时、高灵敏、快速测量肿瘤局部热疗的组织内部温度分布情况，而且可获取组织在受热过程中其内部精细形态结构与功能特征信息参数；并采用多光谱测温方法，这种多光谱作为声信号激励源，获取多个波长下的同一样品进行温度检测，从而获取最终的组织温升的情况，能够有助于提高温升检测的精度，降低系统带来的误差；并融合光学相干模块同时成像与精确温升测量，有望成为临床中肿瘤热疗一种稳定可靠的精准探测装置，有益于临床热疗中的方案优化与治疗效果评估。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术包括：多光谱可调谐激光器、可变滤光镜、光束整形器、光束二向分束器、参考臂、光谱仪、准直扩束透镜组、针孔光阑、高速扫描振镜、大孔径显微物镜、水槽、超声探测器、高精度温度加热控制器、温度传感器和计算器；其中：光谱仪、光束二向分束器、针孔光阑、准直扩束透镜组、高速扫描振镜、大孔径显微物镜依次连接，作为光源的多光谱可调谐激光器的输出端依次与可变滤光镜、光束整形器相连，参考臂和针孔光阑分别位于光束二向分束器的两个输出方向，样品设置于带有高精度温度加热控制器、超声探测器和温度传感器的水槽中，计算器分别与光谱仪、多光谱可调谐激光器和超声探测器相连。所述的高精度温度加热控制器与水槽连接，输出采集到的模拟检测信号并接收加温指令，并实施对样品进行均匀加热与实时显示温度值。高精度加热块避免了单以一热棒而造成同一目标组织加热不均的因素。所述的重构，即通过调整参考光的光程实现参考臂的轴向运动，通过对干涉信号进行傅里叶逆变换，从而重建样品因温升而发生的组织形态学结构特征信息的深度方向上的图像，具体是指：通过监测光声信号幅值的变化来反应组织温度的状态，再通过高速振镜扫描实现组织的二维图像，其中采取多光谱可调谐激光器作为激励源诱发的光声信号，由于组织内不同的吸收体对不同光谱所反应的组织的光吸收系数μa、脉冲激光光通量F与组织的温度T和散射系数的差异，声压P满足：P＝ΓμaF，其中：格鲁内森常数Γ＝βc2/cp＝A+BT，A和B为常数，T为组织的温度，声压的表达式可以表达为：P＝(A+BT)μaF；最终获得样品组织因受温而改变的组织结构图像与光吸收分布图像，并进行融合得到其组织图像与温度之间的关系，精确反应样品温升的情况。优选地，为了进一步提高测量的精准度，采用多光谱模式分别对不同波长组光声信号进行检测，根据简化后的声压P表达式，其检测的组织温度为：T(λ1)＝α1+β1P(λ1)，T(λ2)＝α2+β2P(λ2)，T(λ3)＝α3+β3P(λ3)，T(λn)＝αn+βnP(λn)，其中：α和β是关于入射波长λ、μa与散射系数μs有关的常数，可获取两个波长或两个以上波长检测的温度平均值Tmeans＝f(T(λn),T(λn+1),T(λn+2)...)。所述的多光谱可调谐激光器，脉冲频率≥20Hz；输出脉冲能量≥20mJ；波长范围：680-970nm及1200-2000nm。所述的光束二向分束器与针孔光阑之间设有聚焦透镜；所述的准直扩束透镜组和聚焦透镜由单个或者多个焦距分别为30mm和60mm的透镜组成。所述的温度传感器通过热电偶传感器实现，其测量范围为-50℃～250℃，分辨率小于0.01℃。技术效果与现有技术相比，本技术的技术效果包括:1)本技术采用多光谱可调谐激光器，能有效解决单一波长测温时精度不准的问题，可根据实验的需求选择单点、多点以及大范围样品图像测量，扩大了测量范围；能够有效提高温升检测的准确度，降低单一波长带来的误差。2)本技术多光谱光学技术融合的测温装置，不仅能获取组织结构形态学特性变化的轴向高分辨组织结构图像，还能够同时获得光声显微光吸收分布图像。弥补了单一模式的图像对组织温升评价的不足，提高了单一系统获得的图像与温升之间匹配的精准度。有望应用于对肿瘤与皮肤疾病热疗的检测与治疗。3)本技术采用高精度温度加热控制器，避免了样品受热不均的问题，提高了样品受温的稳定性于均匀性，可对样品进行全方位加热，且能够实时显示温度改变的值，能够进一步提高系统测试结果的精准度。附图说明图1为本技术结构示意图；图中：1多光谱可调谐激光器、2可变滤光镜、3光束整形器、4光束二向分束器、5光谱仪、6参考臂、7聚焦透镜、8针孔光阑、9准直扩束透镜组、10高速扫描振镜、11大孔径显微物镜、12样品、13高精度温度加热控制器、14水槽、15超声探测器、16温度传感器、17计算器；图2a和图2b为不同温度下肿瘤部位的图像示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例中光谱仪5、光束二向分束器4、针孔光阑8、准直扩束透镜组9、高速扫描振镜10、大孔径显微物镜11依次连接，作为光源的多光谱可调谐激光器1的输出端依次与可变滤光镜2、光束整形器3相连，参考臂6和针孔光阑8分别位于光束二向分束器4的两个输出方向，样品12设置于带有高精度温度加热控制器13、超声探测器15和温度传感器16的水槽14中，计算器17分别与光谱仪5、多光谱可调谐激光器1和超声探测器15相连。所述的多光谱可调谐激光器1作为光源的输出端，输出的平行光束经过可变滤光镜2对能量进行衰减，然后再经过光束整形器4对光束进行整形扩束；然后入射到光束二向分束器4对光束进行分束，一部分光作为光学相干显微模块的参考臂的参考光，一部分光经过聚焦透镜7，再通过深孔光阑8入射到准直扩束透镜组9，实现光束扩束后，入射到高速扫描振镜10，再通过大孔径显微物镜11实现光束聚焦并通过水槽14，聚焦光斑照射到样品12；然后高精度温度加热控制器13开始对水槽中的水进行缓慢加温，让样品能够均匀的受热，同时通过温度传感器显示水槽中的样品的实时温度。当水温开始被加热，样品也因水温上升而开始升温，此时光学相干显微模块与光声显微系统开始采集信号，加热与信号采集同步进行；由温升引起组织结构改变所产生的散射信号原光路返回到光谱仪5采集与存储，以获得光学相干显微图像；由由温升引起组织内部对光吸收分布的光声信号被置于样品底部的超声探测器15接收，并传输到计算器17中，以获取样品组织的光声显微图像，最终将两种模式下的图像进行融合；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多光谱光学技术融合的测温装置，其特征在于，包括：多光谱可调谐激光器、可变滤光镜、光束整形器、光束二向分束器、参考臂、光谱仪、准直扩束透镜组、针孔光阑、高速扫描振镜、大孔径显微物镜、水槽、超声探测器、高精度温度加热控制器、温度传感器和计算器；其中：光谱仪、光束二向分束器、针孔光阑、准直扩束透镜组、高速扫描振镜、大孔径显微物镜依次连接，作为光源的多光谱可调谐激光器的输出端依次与可变滤光镜、光束整形器相连，参考臂和针孔光阑分别位于光束二向分束器的两个输出方向，样品设置于带有高精度温度加热控制器、超声探测器和温度传感器的水槽中，计算器分别与光谱仪、多光谱可调谐激光器和超声探测器相连。

【技术特征摘要】
1.一种多光谱光学技术融合的测温装置，其特征在于，包括：多光谱可调谐激光器、可变滤光镜、光束整形器、光束二向分束器、参考臂、光谱仪、准直扩束透镜组、针孔光阑、高速扫描振镜、大孔径显微物镜、水槽、超声探测器、高精度温度加热控制器、温度传感器和计算器；其中：光谱仪、光束二向分束器、针孔光阑、准直扩束透镜组、高速扫描振镜、大孔径显微物镜依次连接，作为光源的多光谱可调谐激光器的输出端依次与可变滤光镜、光束整形器相连，参考臂和针孔光阑分别位于光束二向分束器的两个输出方向，样品设置于带有高精度温度加热控制器、超声探测器和温度传感器的水槽中，计算器分别与光谱仪、多光谱可调谐激光器和超声探测器相连。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵庆亮，刘刚，陈小元，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35