一种基于白光干涉的光声成像装置及方法制造方法及图纸

一种基于白光干涉的光声成像装置及方法，装置包括光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统及计算机；光学干涉检测系统一端与计算机进行电连接，光学干涉检测系统另一端与扫描系统进行光连接；光声激发系统一端与计算机进行电连接，光声激发系统另一端与扫描系统进行光连接；扫描系统与样品进行光连接。本发明专利技术的基于白光干涉的光声成像方法，利用白光干涉检测样品内光声信号激发点的反射光强变化，可以得到同一时刻来自样品不同深度的光声信号，而且具有一定的深度分辨能力，并且采用傅里叶变化进行信号解调，相对于目前所采用的时域解调方式，可有效提高探测灵敏度。可有效提高探测灵敏度。可有效提高探测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于白光干涉的光声成像装置及方法


[0001]本专利技术属于光声成像
，特别是涉及一种基于白光干涉的光声成像装置及方法。

技术介绍

[0002]光声成像(Photoacoustic imaging，PAI)是近几年迅速发展的医学成像技术，PAI结合了纯光学成像的高对比度和纯超声成像的深穿透性，是一种非侵入性成像模式，可用于生物组织的结构、功能成像。PAI的原理是光声效应，当脉冲激光照射到生物组织时，组织吸收光能并产生热弹性膨胀，并由此产生相应的超声波，检测超声波可得到组织的吸收分布图像。
[0003]目前，基于压电换能器的接触式光声成像技术作为一种比较成熟的技术而广泛使用，该技术使用压电换能器直接检测光声信号，但是由于超声波在不同介质中的声阻抗不同，这也使得超声在两种介质面产生强烈的反射，所以为了提高灵敏度及减小损耗，声耦合介质是必要的，这也从原理上限制了该技术的使用范围。
[0004]对于烧伤、脑科等特殊情况的检查，就需要一种非接触的检测方式，因此基于光学干涉的非接触检测方法作为压电换能器的一种优化方法被提出。该方法可以实现非接触并获得样品信息，与压电换能器相比，光学干涉检测具有非接触、小型化、高灵敏度等特点。
[0005]例如，申请号为201510881786.7的中国专利申请，其公开了一种基于光学干涉法的非接触光声探测方法及装置，并提出了一种基于光学干涉的检测方法，但是该光学干涉的光声成像方法仍存在缺陷。为了解决由于组织样品表面粗糙而导致的反射的探测光的强度及相位较弱并出现随机变化，该方法在样品表面涂抹水层，水层产生一个均匀的反射面，但是这种在样品表面添加水层的方式，实质并没有做到完全非接触，在应用上同样存在不便之处。
[0006]此外，申请号为201910587193.8中国专利申请，其公开了一种非接触光声成像装置及方法，并提出了一种基于3
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3光纤耦合器解调的非接触光声成像系统和方法，利用光学干涉方法直接检测样品内光声信号激发点的反射光强变化，并使激发光和样品光的焦点重合于样品内部，焦点处的吸收体吸收激光能量导致该位置的光学折射率变化，进而引起背向散射的样品光光强增大，再利用3
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3光纤耦合器解调的干涉方法测量这种光强变化进行成像。虽然该方法解决了水层问题，也提升了方法的灵活性，但是该方法依然存在缺陷，即在同一时刻对于样品内部的深度信息是模糊的，也就无法得到样品中光声信号激发位置的深度信息，并且解调结果过度依赖3
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3光纤耦合器的制造精度，否则会产生较大误差。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于白光干涉的光声成像装置及方法，利用白光干涉检测样品内光声信号激发点的反射光强变化，可以得到同一时刻来自样品不同深度的光声信号，而且具有一定的深度分辨能力，并且采用傅里叶变化进行信号解
调，相对于目前所采用的时域解调方式，可有效提高探测灵敏度。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于白光干涉的光声成像装置，包括光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统及计算机；所述光学干涉检测系统一端与计算机进行电连接，光学干涉检测系统另一端与扫描系统进行光连接；所述光声激发系统一端与计算机进行电连接，光声激发系统另一端与扫描系统进行光连接；所述扫描系统与样品进行光连接。
[0009]所述光学干涉检测系统包括低相干光源、光纤隔离器、光开关、2
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2光纤耦合器、第一准直器、第一透镜、第一反射镜及光谱仪；所述低相干光源通过光纤隔离器与光开关进行光连接，光开关一路与计算机进行电连接，光开关另一路与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接；所述第一准直器一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第一准直器另一端发出的激光通过第一透镜射向第一反射镜；所述光谱仪一端与计算机进行电连接，光谱仪另一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接。
[0010]所述光声激发系统包括激发光源及第二反射镜；所述激发光源与计算机进行电连接，激发光源发出的激发光直接射向第二反射镜。
[0011]所述扫描系统包括第二准直器、二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜；所述第二准直器一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第二准直器另一端发出的激光依次通过二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜射向样品；由所述第二反射镜反射的激光直接射向二向色镜，并依次通过Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜射向样品。
[0012]一种基于白光干涉的光声成像方法，采用了所述的基于白光干涉的光声成像装置，包括如下步骤：
[0013]步骤一：启动低相干光源，由低相干光源发出的探测激光依次经光纤隔离器及光开关进入2
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2光纤耦合器，再通过2
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2光纤耦合器分两路输出，一路作为参考光依次通过第一准直器、第一透镜及第一反射镜后并原路返回2
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2光纤耦合器，另一路作为样品光依次经过第二准直器、二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜、第二透镜及样品后并原路返回2
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2光纤耦合器；
[0014]步骤二：当参考光和样品光原路返回2
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2光纤耦合器后，会通过2
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2光纤耦合器直接进入光谱仪，之后由计算机进行光谱分析；
[0015]步骤三：由计算机向激发光源发出触发信号，促使激发光源启动，当激发光触发信号为高电平时，由激发光源输出激发光，激发光依次经过第二反射镜、二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜射向样品，并与样品光在样品内部汇聚在一点上，样品吸收激光能量后会产生光声压，光声压又会促使样品内部激发点的光学折射率发生变大，进而使反射光强增大，并产生光声信号；反之，当激发光触发信号为低电平时，激发光源暂停输出激发光；
[0016]步骤四：由计算机向光开关发出触发信号，当光开关触发信号为高电平时，由低相干光源发出的探测激光可通过光开关直达样品；反之，当光开关触发信号为低电平时，由低相干光源发出的探测激光不可通过光开关；
[0017]步骤五：当激发光触发信号处于低电平周期且光开关触发信号处于高电平周期时，将检测到的光声信号记为S0(K)；此外，当激发光触发信号和光开关触发信号均处于高
电平周期时，将检测到的光声信号记为S1(K)；其中，K表示光谱仪的波数坐标；
[0018]步骤六：对光声信号S0(K)和光声信号S1(K)进行预处理，消除直流分量及强度归一化，然后进行快速傅里叶变换，可得到光声信号S0(K)的幅度谱F0(u)以及光声信号S1(K)的幅度谱F1(u)，其中u表示频率，频率u和深度z成正比，且z＝au，式中，a为比例系数，且比例系数a为已知量，可通过测量一个已知深度的样品进行确定；最后，通过公式z＝au可以得到不同深度的样品反射光强分布F0(z)和F1(z)，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于白光干涉的光声成像装置，其特征在于：包括光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统及计算机；所述光学干涉检测系统一端与计算机进行电连接，光学干涉检测系统另一端与扫描系统进行光连接；所述光声激发系统一端与计算机进行电连接，光声激发系统另一端与扫描系统进行光连接；所述扫描系统与样品进行光连接。2.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的光声成像装置，其特征在于：所述光学干涉检测系统包括低相干光源、光纤隔离器、光开关、2
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2光纤耦合器、第一准直器、第一透镜、第一反射镜及光谱仪；所述低相干光源通过光纤隔离器与光开关进行光连接，光开关一路与计算机进行电连接，光开关另一路与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接；所述第一准直器一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第一准直器另一端发出的激光通过第一透镜射向第一反射镜；所述光谱仪一端与计算机进行电连接，光谱仪另一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接。3.根据权利要求2所述的一种基于白光干涉的光声成像装置，其特征在于：所述光声激发系统包括激发光源及第二反射镜；所述激发光源与计算机进行电连接，激发光源发出的激发光直接射向第二反射镜。4.根据权利要求3所述的一种基于白光干涉的光声成像装置，其特征在于：所述扫描系统包括第二准直器、二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜；所述第二准直器一端与2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第二准直器另一端发出的激光依次通过二向色镜、Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜射向样品；由所述第二反射镜反射的激光直接射向二向色镜，并依次通过Y向扫描振镜、X向扫描振镜及第二透镜射向样品。5.一种基于白光干涉的光声成像方法，采用了权利要求1所述的基于白光干涉的光声成像装置，其特征在于包括如下步骤：步骤一：启动低相干光源，由低相干光源发出的探测激光依次经光纤隔离器及光开关进入2
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2光纤耦合器，再通过2
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2光纤耦合器分两路输出，一路作为参考光依次通过第一准直器、第一透镜及第一反射镜后并原路返回2
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【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，郭振宇，马振鹤，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：