多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置及方法，所述装置包括多光谱光声/光学相干层析的激发光源、二向色镜组件、扫描头组件、光声信号检测组件、干涉信号检测组件以及信号采集/处理组件；所述光声信号检测组件和干涉信号检测组件分别与信号采集/处理组件相连，所述扫描头组件位于样品的正上方，并与信号采集/处理组件相连，所述光声信号检测组件位于样品的正下方，所述二向色镜组件分别与干涉信号检测组件、扫描头组件相连，所述激发光源由一个超连续谱激光器产生，并通过滤波器与二向色镜组件相连，所述滤波器具有可调节性。本发明专利技术搭建了一个双模态互补成像的系统，在一定程度上推动了互补成像的临床发展。

Multispectral photoacoustic and optical coherence tomography dual mode imaging device and method

The invention discloses a multi spectral photoacoustic and optical coherence tomography dual mode imaging device and method. The device includes a multi spectral photoacoustic / optical coherence tomography excitation source, a two color mirror component, a scanning head component, a photoacoustic signal detection component, an interference signal detection component, and a signal acquisition / processing module. The signal detection component and the interference signal detection component are connected to the signal acquisition / processing component, which are located above the sample and are connected with the signal acquisition / processing component. The photoacoustic signal detection component is located right below the sample, and the two color mirror groups are separately detected and scanned by the interference signal detection component. The head component is connected. The excited light source is generated by a supercontinuous spectrum laser and is connected to the two color mirror module through a filter. The filter is adjustable. The invention constructs a dual mode complementary imaging system, which promotes the clinical development of complementary imaging to a certain extent.

【技术实现步骤摘要】
多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置及方法
本专利技术涉及一种双模态成像装置及方法，尤其是一种多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置及方法，属于光声成像

技术介绍
当脉冲激光照射生物体时，生物组织内的吸收体吸收光能量，引起生物体局部快速的升温，生物体体积受热膨胀，根据脉冲光的能量特性，会导致生物体温度的升降从而引起体积的涨缩，从而引起组织的机械振动，并由内而外传播产生压力波，这便是由光产生超声波的原理，即光声效应。由此基于光声效应的光声成像技术便应运而生，并且逐渐得到了发展。将光声信号利用超声探测器接收，经放大、转换、采集，实现图像的重建。重建的光声图像反应了生物组织对光的吸收分布，光声成像兼有声学成像高灵敏度和光学成像的高分辨率优点，这种新型的成像技术已经得到了快速的发展和完善，并与多种成像方式相结合，从中可提取生物组织的形态结构、生理和病理特症，在生物医学领域已得到广泛应用。多光谱光声成像技术是根据不同生理状态下的生物组织对光谱的不同吸收特性，考虑利用多组不同波长的短脉冲激光照射产生特异的光声信号，从而实现对生物组织结构和功能的全方位光声成像技术。要实现多光谱光声成像，需要多组不同波长的激光激发，实验室中往往需要多个激光器，或者利用OPO激光器实现，但是体积过大，比较繁重，不利于携带而且造价较高。光学相干层析成像技术是一种新型的生物医学成像技术。基于迈克尔逊干涉仪原理，使来自参考臂和样品臂的反射光在相遇处干涉，并采集携带有样品信息的干涉光，进行成像。根据生物组织不同成分对光的散射差异的特点，实现OCT图像反演生物组织信息。由于OCT成像技术具有无损伤，非侵入，高分辨等优点，已经广泛应用于眼科、牙科、皮肤病检测等医学领域。光声成像利用组织对光的吸收特性，从图像中不仅可以得到样品的吸收结构信息，也可以提取能够反应组织的生理和病理信息。光学相干层析成像则是反应组织对光的散射特性，从而得到高散射组织的结构信息。考虑将多光谱光声和光学相干层析成像两者相结合，实现双模态互补成像。频域OCT使用近红外波段的带宽光源，而多光谱光声成像一般需要多个激光器或者OPO激光器实现多波长激发，由于多光源的选择使用导致了多光路之间的切换，增大了系统的调试复杂度和成像时间，从而限制了互补成像的临床发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供一种多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，该装置利用一个超连续谱激光器作为多光谱光声和光学层析成像的激发源，将多光谱光声和光学相干层析成像两者相结合，搭建了一个双模态互补成像的系统，在一定程度上推动了互补成像的临床发展。本专利技术的另一目的在于提供一种多光谱光声和光学相干层析双模态成像方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，包括多光谱光声/光学相干层析的激发光源、二向色镜组件、扫描头组件、光声信号检测组件、干涉信号检测组件以及信号采集/处理组件；所述光声信号检测组件和干涉信号检测组件分别与信号采集/处理组件相连，所述扫描头组件位于样品的正上方，并与信号采集/处理组件相连，所述光声信号检测组件位于样品的正下方，所述二向色镜组件分别与干涉信号检测组件、扫描头组件相连，所述激发光源由一个超连续谱激光器产生，并通过滤波器与二向色镜组件相连，所述滤波器具有可调节性。进一步的，所述二向色镜组件包括第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第四二向色镜、分束镜和反射镜；所述第一二向色镜将滤波器选择出的光波分为短波部分和长波部分，其中短波部分用于多光谱光声成像，长波部分用于光学相干层析成像；用于多光谱光声成像的短波部分，经过第二二向色镜分为两束，分别经过滤波片得到所需要的光声激发光波长，并在其中一束光波中接入延时光纤，第三二向色镜使两束光波汇聚，到达第四二向色镜，两束光波通过扫描头组件先后照射到样品上，样品吸收光能后产生光声信号，由光声信号检测组件对光声信号进行检测；用于光学相干层析成像的长波部分，经过一滤波片得到所需的宽带光源，宽带光源经过分束镜分为两束，一束到达反射镜，作为迈克威逊干涉仪的参考臂，另一束到达第四二向色镜，通过扫描头组件照射到样品上，作为迈克威逊干涉仪的样品臂，参考臂和样品臂的反射光原路返回，在分束镜处发生干涉，由干涉信号检测组件对干涉信号进行检测。进一步的，所述分束镜与反射镜之间设有可变衰减片和第一透镜，所述分束镜、可变衰减片、第一透镜和反射镜依次相连。进一步的，所述扫描头组件包括X-Y二维扫描振镜和第二透镜，所述信号采集/处理组件、X-Y二维扫描振镜和第二透镜依次相连。进一步的，所述光声信号检测组件包括超声换能器和放大器，所述超声换能器、放大器和信号采集/处理组件依次相连。进一步的，所述干涉信号检测组件包括扩束镜和光谱仪系统，所述光谱仪系统包括光栅、第三透镜和CCD传感器，所述二向色镜组件、扩束镜、光栅、第三透镜、CCD传感器和信号采集/处理组件依次相连。进一步的，所述扩束镜由第四透镜和第五透镜组成。进一步的，所述信号采集/处理组件包括光声信号采集卡和计算机，所述光声信号检测组件与光声信号采集卡相连，所述光声信号采集卡与计算机相连，所述计算机分别与干涉信号检测组件、扫描头组件相连。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：多光谱光声和光学相干层析双模态成像方法，所述方法包括：将样品放置在一维升降台上，并使样品置于扫描头组件的正下方，以及使光声信号检测组件置于样品的正下方；用于多光谱光声成像的光声激发光和用于光学相干层析成像的宽带光源由二向色镜组件合二为一，通过扫描头组件照射到样品上；双波长的光声激发光先后照射到样品上，根据样品的吸收差异，产生幅值异同的光声信号，由光声信号检测组件对光声信号进行检测；宽带光源照射到样品上，调节一维升降台，使样品处于样品反射光与反射镜反射光发生干涉的位置，并得到样品断层信号，由干涉信号检测组件对干涉信号进行检测；信号采集/处理组件对光声信号、干涉信号进行采集，在采集完全部信号后，通过最大值投影重建出样品的光声和光学相干断层二维图像及三维图像。进一步的，所述三维图像的建立方法如下：对所有的光声信号和光学相干断层信号取相同时间长度并作纵切面投影，将投影后得到的光声图像和光学相干断层图像在三维重建软件上重建三维图像，在三维重建软件中旋转整个三维图像得到任意视角的三维图像。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用超连续谱激光器，其波长范围覆盖了可见光和近红外光区域，利用具有可调节性的滤波器，选择特定波段的光波，并利用二向色镜分为短波段和长波段，选择短波段进行光声成像，也可再次利用二向色镜分光同时获得两个波长的激光光波进行多光谱光声功能成像；选择近红外波段的宽带光源，进行光学相干层析成像，得到组织散射结构信息；利用一个超连续谱激光器即可实现光声成像和光学相干层析成像一体化的双模态成像，可达到同时获取生物组织的吸收与散射结构信息，摆脱了传统上使用多个激光器来实现光学相干层析和多光谱光声双模态成像，既解决了仪器上使用的不便捷性，又解决了由于经济的因素产生对成像方式选择的限制性，能够有效的推动多种成像方式在临床方面的应用。2、本专利技术利用多组二向色镜将光声成像装置和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，其特征在于：包括多光谱光声/光学相干层析的激发光源、二向色镜组件、扫描头组件、光声信号检测组件、干涉信号检测组件以及信号采集/处理组件；所述光声信号检测组件和干涉信号检测组件分别与信号采集/处理组件相连，所述扫描头组件位于样品的正上方，并与信号采集/处理组件相连，所述光声信号检测组件位于样品的正下方，所述二向色镜组件分别与干涉信号检测组件、扫描头组件相连，所述激发光源由一个超连续谱激光器产生，并通过滤波器与二向色镜组件相连，所述滤波器具有可调节性。

【技术特征摘要】
1.多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，其特征在于：包括多光谱光声/光学相干层析的激发光源、二向色镜组件、扫描头组件、光声信号检测组件、干涉信号检测组件以及信号采集/处理组件；所述光声信号检测组件和干涉信号检测组件分别与信号采集/处理组件相连，所述扫描头组件位于样品的正上方，并与信号采集/处理组件相连，所述光声信号检测组件位于样品的正下方，所述二向色镜组件分别与干涉信号检测组件、扫描头组件相连，所述激发光源由一个超连续谱激光器产生，并通过滤波器与二向色镜组件相连，所述滤波器具有可调节性。2.根据权利要求1所述的多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，其特征在于：所述二向色镜组件包括第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、第四二向色镜、分束镜和反射镜；所述第一二向色镜将滤波器选择出的光波分为短波部分和长波部分，其中短波部分用于多光谱光声成像，长波部分用于光学相干层析成像；用于多光谱光声成像的短波部分，经过第二二向色镜分为两束，分别经过滤波片得到所需要的光声激发光波长，并在其中一束光波中接入延时光纤，第三二向色镜使两束光波汇聚，到达第四二向色镜，两束光波通过扫描头组件先后照射到样品上，样品吸收光能后产生光声信号，由光声信号检测组件对光声信号进行检测；用于光学相干层析成像的长波部分，经过一滤波片得到所需的宽带光源，宽带光源经过分束镜分为两束，一束到达反射镜，作为迈克威逊干涉仪的参考臂，另一束到达第四二向色镜，通过扫描头组件照射到样品上，作为迈克威逊干涉仪的样品臂，参考臂和样品臂的反射光原路返回，在分束镜处发生干涉，由干涉信号检测组件对干涉信号进行检测。3.根据权利要求2所述的多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，其特征在于：所述分束镜与反射镜之间设有可变衰减片和第一透镜，所述分束镜、可变衰减片、第一透镜和反射镜依次相连。4.根据权利要求1所述的多光谱光声和光学相干层析双模态成像装置，其特征在于：所述扫描头组件包括X-Y二维扫描振镜和第二透镜，所述信号采集/处理组件、X-Y二维扫描振镜和第二透镜依次相连。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈重江，常影，杨思华，邢达，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44