用于热声、光声、超声共线激发和接收的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用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置及方法，包括脉冲激光产生模块、光电探测模块、线性光整形模块、反光镜、透光反射镜、反光反声镜、脉冲同步信号发生模块、超声发射/信号采集模块、图像重建模块、阵列超声换能器、微波发生模块、微波天线和电机扫描模块；本发明专利技术的光场、声场、微波场同轴共线地照射到样品表面，其中检测区域内微波场、光场和声场的能量分布相对均匀，可以实现被测样品同一位置处均匀且高灵敏度的热声、光声和超声成像。本发明专利技术的一体化成像装置不仅可以手持实时获取三模态的断层成像，还能通过扫描模块带动该成像装置实现快速大范围三维成像，获取更加完整和全面的互补信息。

【技术实现步骤摘要】
用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置及方法
本专利技术属于微波热声、光声和超声成像
的
，具体涉及一种用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置及方法。
技术介绍
多模态成像系统相比单一模态系统可以提供更多的互补信息：微波热声成像可以提供组织中的介电常数等信息；光声成像可以提供组织中光吸收系数的差异；而超声成像可以提供组织中声阻抗差异的信息。这些参数对提高早期肿瘤的诊断能力具有重要的作用，引起了广泛的研究。现有单一模态的成像模式存在其局限性，如微波热声成像的成像分辨率相对较低；超声成像，的成像对比度相对较低；光声成像虽然具有分辨率高，成像对比度高的特点，但难以区分组织的边界。热声、光声、超声三模态成像系统可以结合不同模态之间的优势，提供全面的互补信息。申请号CN201711048754.4的专利申请公开了一种热声、光声、超声三模态乳腺肿瘤检测装置及方法，该专利专利技术了一种基于环形探测器和喇叭天线的热声、光声、超声三模态成像装置，并将其用于乳腺肿瘤检测。但是上述专利仍有一些不足：1、该装置采用喇叭天线，体积比较笨重，不方便移动；2、该装置采用环形探测器，乳腺等特殊部位由于具有凸起的特征，可以将其放入到环形探测器的中心检测区域进行检测，而无凸起特征的部位很难被放入到环形探测器的中心检测区域，因此该装置无法对某些无凸起特征部位进行检测，如头颈部位，以及腹部等。3、由于该装置的微波热声成像装置利用圆形喇叭口输出微波，微波场能量均匀的区域较小且位置固定，对于尺寸大的样品无法实现均匀的微波激发，造成所成图像不能反应真实的微波吸收。申请号CN201911033375.7的专利申请公开了一种微波热声、光声和超声三模态肠道组织成像方法及系统。该专利技术通过向肠道组织待成像区域发射脉冲激光、脉冲微波以及脉冲超声，通过检测信号从而重建出光声、微波热声以及超声图像。该方法及系统主要应用场景为肠道及腔内。应用于肠道及腔内的三模态成像系统由于受生理结构的限制，用于发射微波的天线，光纤以及阵列超声换能器尺寸相对较小、能量相对较弱且多为圆周扫描成像，因此不适用于体表组织大范围深度成像；另外，该专利技术未公开成像系统的装置图和扫描头结构，更没有表明该成像系统可以做到微波热声、光声以及超声发射和接收同轴共线，实现均匀的热声、光声以及超声的激发和成像。可以看出，微波热声、光声、超声三模态成像系统可以克服单一模态的缺点，获取更全面的互补信息。而现有的热声、光声、超声三模态系统具有体积笨重或者成像范围小，无法实现均匀的热声、光声以及超声的激发和成像等不足。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置及方法，可以实现被测样品同一位置处均匀且高灵敏度的热声、光声和超声成像。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一方面提供了一种用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置，包括脉冲激光产生模块、光电探测模块、线性光整形模块、反光镜、透光反射镜、反光反声镜、脉冲同步信号发生模块、超声发射/信号采集模块、图像重建模块、阵列超声换能器、微波发生模块、微波天线和电机扫描模块；所述脉冲同步信号发生模块分别与光电探测模块、超声发射/信号采集模块、微波发生模块及电机扫描模块连接，所述脉冲激光产生模块与线性光整形模块连接，所述超声发射/信号采集模块与图像重建模块、阵列超声换能器连接，所述微波发生模块与微波天线连接；所述阵列超声换能器的焦平面与透光反声镜的反射面成45°夹角，且透光反声镜的中轴线与阵列超声换能器的焦平面重合，所述阵列超声换能器产生的超声波经透光反射镜反射后成45°入射到反光反声镜并最终照射到被检测样品的表面；所述反光反声镜位于微波天线的正下方，所述微波天线产生的微波场垂直照射到被检测样品的表面；所述脉冲激光产生模块用于产生可调波长的脉冲激光；所述脉冲激光通过线性光整形模块后产生均匀的线性光斑通过反光镜、透光反声镜以及反光反声镜后照射到被检测样品；所述光电探测模块，用于探测激光器的出光信号，光电探测模块检测到的光信号用于脉冲同步信号发生模块控制超声发射/信号采集模块、微波发射模块以及电机扫描模块；所述脉冲同步信号发生模块通过接收光电探测模块检测的出光信号产生同步信号分别控制超声发射/信号采集模块和微波发生模块；所述超声发射/信号采集模块接收到脉冲同步信号后通过阵列超声换能器产生超声信号或者接收光声/微波热声信号，超声回波/光声/微波热声信号通过反光反声镜、透光反声镜被阵列超声换能器接受；所述微波发生模块接受到脉冲同步信号模块发出的信号后发出脉冲微波；所述图像重建模块根据采集模块采集到的信号进行图像重建；所述电机扫描模块接收到脉冲信号后控制电机带动成像装置进行扫描实现大范围三维成像；所述线性光整形模块出射的线性光束成45°入射到反光镜且与其中轴线重合，所述透光反声镜和反光反声镜与反光镜平行放置且中轴线都处于同一平面上，经反光镜出射的光束透过透光反声镜成45°入射到反光反声镜，线性光束经反光反声镜反射后最终照射到被检测样品的表面；所述照射到被检测样品表面的光场、声场以及微波场相互重叠。优先的，所述脉冲激光产生模块出射的光通过光纤束连接到线性光整形模块，经线性光整形模块出射的光为线性聚焦光束，其中聚焦光束的焦长可调，且线性光束的能量分布均匀，差异度小于5％。优先的，所述反光反声镜的长轴方向设置成与微波天线电场方向平行，并且反光反声镜尽可能的靠近微波天线。微波的电场与经过反光反声镜后的光束和声束同轴共线；所述反光镜由镀介质膜的玻璃片组成，所述透光反声镜由透明玻璃片组成，所述反光反声镜由镀膜的玻璃片组成，这些玻璃片的尺寸完全相同，且材料为K9玻璃；优先的，所述微波天线可由偶极子天线、贴片天线或者圆偏振天线组成；所述微波发生模块与微波天线之间由柔性同轴电缆连接。优先的，所述超声发射/信号采集模块包括超声发射电路、预放电路和信号采集电路，超声发射/信号采集模块采集到的信号经图像重建算法模块重建并显示模块。优先的，所述超声发射/信号采集模块、微波发生模块、电机扫描模块之间由脉冲同步信号发生模块进行同步。优先的，所述的超声发射/信号采集模块由128路的超声发射电路和128路的采集电路组成。优先的，所述阵列超声换能器的焦平面与透光反声镜的中轴线重合，保证经过透光反声镜的光束与声束能同轴共线；所述阵列超声换能器采用128通道的阵列超声换能器。优先的，所述微波发生模块为3GHz的脉冲微波源，重复频率为10-1000Hz,脉宽为500ns。本专利技术另一方面还提供了一种用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置的成像方法，包括下述步骤：光声成像：线性光整形模块将光纤束出射的发散的线光斑通过聚焦的柱状透镜变成聚焦的线性光束；聚焦的线性光束成45°入射到反光镜，反射后的光束经透光反声镜到达反光反声镜后，光路再偏转90°后照射到被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置，其特征在于，包括脉冲激光产生模块(1)、光电探测模块(2)、线性光整形模块(3)、反光镜(4)、透光反射镜(5)、反光反声镜(6)、脉冲同步信号发生模块(7)、超声发射/信号采集模块(8)、图像重建模块(8-2)、阵列超声换能器(9)、微波发生模块(10)、微波天线(11)和电机扫描模块(13)；所述脉冲同步信号发生模块(7)分别与光电探测模块、超声发射/信号采集模块(8)、微波发生模块及电机扫描模块连接，所述脉冲激光产生模块与线性光整形模块连接，所述超声发射/信号采集模块(8)与图像重建模块、阵列超声换能器连接，所述微波发生模块与微波天线连接；所述阵列超声换能器(9)的焦平面与透光反声镜(5)的反射面成45°夹角，且透光反声镜(5)的中轴线与阵列超声换能器(9)的焦平面重合，所述阵列超声换能器(9)产生的超声波经透光反射镜(5)反射后成45°入射到反光反声镜(6)并最终照射到被检测样品(12)的表面；所述反光反声镜(6)位于微波天线(11)的正下方，所述微波天线(11)产生的微波场垂直照射到被检测样品(12)的表面；/n所述脉冲激光产生模块(1)用于产生可调波长的脉冲激光；所述脉冲激光通过线性光整形模块(3)后产生均匀的线性光斑通过反光镜(4)、透光反声镜(5)以及反光反声镜(6)后照射到被检测样品(12)；/n所述光电探测模块(2)，用于探测激光器的出光信号，光电探测模块检测到的光信号用于脉冲同步信号发生模块(7)控制超声发射/信号采集模块、微波发射模块以及电机扫描模块；/n所述脉冲同步信号发生模块(7)通过接收光电探测模块检测的出光信号产生同步信号分别控制超声发射/信号采集模块(8)和微波发生模块(10)；所述超声发射/信号采集模块(8)接收到脉冲同步信号后通过阵列超声换能器(9)产生超声信号或者接收光声/微波热声信号，超声回波/光声/微波热声信号通过反光反声镜(6)、透光反声镜(5)被阵列超声换能器接受；/n所述微波发生模块(10)接受到脉冲同步信号模块发出的信号后发出脉冲微波；/n所述图像重建模块(8-2)根据采集模块采集到的信号进行图像重建；/n所述电机扫描模块(13)接收到脉冲信号后控制电机带动成像装置进行扫描实现大范围三维成像；/n所述线性光整形模块(3)出射的线性光束成45°入射到反光镜(4)且与其中轴线重合，所述透光反声镜(5)和反光反声镜(6)与反光镜(4)平行放置且中轴线都处于同一平面上，经反光镜(4)出射的光束透过透光反声镜(5)成45°入射到反光反声镜(6)，线性光束经反光反声镜(6)反射后最终照射到被检测样品(12)的表面；所述照射到被检测样品(12)表面的光场、声场以及微波场相互重叠。/n...

【技术特征摘要】
1.用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置，其特征在于，包括脉冲激光产生模块(1)、光电探测模块(2)、线性光整形模块(3)、反光镜(4)、透光反射镜(5)、反光反声镜(6)、脉冲同步信号发生模块(7)、超声发射/信号采集模块(8)、图像重建模块(8-2)、阵列超声换能器(9)、微波发生模块(10)、微波天线(11)和电机扫描模块(13)；所述脉冲同步信号发生模块(7)分别与光电探测模块、超声发射/信号采集模块(8)、微波发生模块及电机扫描模块连接，所述脉冲激光产生模块与线性光整形模块连接，所述超声发射/信号采集模块(8)与图像重建模块、阵列超声换能器连接，所述微波发生模块与微波天线连接；所述阵列超声换能器(9)的焦平面与透光反声镜(5)的反射面成45°夹角，且透光反声镜(5)的中轴线与阵列超声换能器(9)的焦平面重合，所述阵列超声换能器(9)产生的超声波经透光反射镜(5)反射后成45°入射到反光反声镜(6)并最终照射到被检测样品(12)的表面；所述反光反声镜(6)位于微波天线(11)的正下方，所述微波天线(11)产生的微波场垂直照射到被检测样品(12)的表面；
所述脉冲激光产生模块(1)用于产生可调波长的脉冲激光；所述脉冲激光通过线性光整形模块(3)后产生均匀的线性光斑通过反光镜(4)、透光反声镜(5)以及反光反声镜(6)后照射到被检测样品(12)；
所述光电探测模块(2)，用于探测激光器的出光信号，光电探测模块检测到的光信号用于脉冲同步信号发生模块(7)控制超声发射/信号采集模块、微波发射模块以及电机扫描模块；
所述脉冲同步信号发生模块(7)通过接收光电探测模块检测的出光信号产生同步信号分别控制超声发射/信号采集模块(8)和微波发生模块(10)；所述超声发射/信号采集模块(8)接收到脉冲同步信号后通过阵列超声换能器(9)产生超声信号或者接收光声/微波热声信号，超声回波/光声/微波热声信号通过反光反声镜(6)、透光反声镜(5)被阵列超声换能器接受；
所述微波发生模块(10)接受到脉冲同步信号模块发出的信号后发出脉冲微波；
所述图像重建模块(8-2)根据采集模块采集到的信号进行图像重建；
所述电机扫描模块(13)接收到脉冲信号后控制电机带动成像装置进行扫描实现大范围三维成像；
所述线性光整形模块(3)出射的线性光束成45°入射到反光镜(4)且与其中轴线重合，所述透光反声镜(5)和反光反声镜(6)与反光镜(4)平行放置且中轴线都处于同一平面上，经反光镜(4)出射的光束透过透光反声镜(5)成45°入射到反光反声镜(6)，线性光束经反光反声镜(6)反射后最终照射到被检测样品(12)的表面；所述照射到被检测样品(12)表面的光场、声场以及微波场相互重叠。


2.根据权利要求1所述用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置，其特征在于，所述脉冲激光产生模块(1)出射的光通过光纤束(1-1)连接到线性光整形模块(3)，经线性光整形模块出射的光为线性聚焦光束，其中聚焦光束的焦长可调，且线性光束的能量分布均匀，差异度小于5％。


3.根据权利要求1所述用于热声、光声、超声共线激发和接收的成像装置，其特征在于，所述反光反声镜的长轴方向设置成与微波天线电场方向平行，并且反光反声镜尽可能的靠近微波天线。微波的电场与经过反光反声镜后的光束和声束同轴共线；
所述反光镜(4)由镀介质膜的玻璃片组成，所述透光反声镜(5)由透明玻璃片组成，所述反光反声镜(6)由镀膜的玻璃片组成，这些玻璃片的尺寸完全相同，且材料为K9玻璃。...

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