一种光声成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光声成像系统，包括光学频率梳模块、合束分束模块、平衡探测模块、斩波模块、光声样品池、超声探测模块、控制扫描模块、数据采集模块和信号处理与成像模块；光学频率梳模块产生两个重复频率不同的激光信号；合束分束模块对激光信号进行合束分束形成探测激光信号和参考激光信号；平衡探测模块对参考激光信号进行平衡探测后得到第一电信号；斩波模块提取探测激光信号中的干涉信号作为激发脉冲信号并入射至光声样品池中产生光声信号；超声探测模块将光声信号换能后得到第二电信号；数据采集处理模块采集第一电信号和第二电信号传输到信号与成像处理模块对待探测物成像。结合双光梳光谱技术与光声成像技术，成像速度和效率高成本低。像速度和效率高成本低。像速度和效率高成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种光声成像系统


[0001]本专利技术实施例涉及光声成像
，尤其涉及一种光声成像系统。

技术介绍

[0002]光声成像是一种基于光声效应的以超声为载体的生物光学功能成像技术。当脉冲激光照射被测物体时，被照射的区域吸收光能，引起绝热膨胀产生超声信号，即光声信号。当采用强度调制连续激光作为激励源时，光声信号的频率与照射光的调制频率相同，其强度和相位则取决于物质的光学、热学、弹性和几何特征，因此光声信号的特征体现了被照射物质的形貌、吸收分布等特征。光声成像正是通过检测光声效应产生的光声信号，从而反演成像区域内部物质的光学特性，并重构光照射区域的内部图像。
[0003]光声成像技术可以从多方面分类。根据激发光源的调制方式，可以将光声成像分为时域光声成像和频域光声成像。时域光声成像采用短脉冲激光器激发光声信号。频域光声成像则采用强度调制的连续光激光器。根据探测器的耦合方式，分为接触式光声成像及非接触式光声成像，接触式光声利用超声耦合剂帮助光声信号传导至超声换能器中，非接触式光声采用空气耦合或间接测量(压力或位移测量)方式。根据被测目标体尺度结构及空间分辨率结构，通常分为光声层析成像、光声显微成像、光声内窥成像。为了对不同被测物体实现系统灵敏度的最优化，光声显微发展出透射式和反射式两种测量模式。反射模式中激发光与超声探测器位于被测物体同侧，透射模式则位于异侧，两者均通过光路或者探测设计实现光
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声共聚焦。典型的透射式光声显微成像与反射式光声显微成像如图1和图2所示，其中1为光学聚焦物镜、2为被测物体、3为超声探测器、4为光声耦合棱镜。透射式光声显微成像使用高数值孔径的物镜将激光聚焦，达到微米至亚微米尺寸的成像分辨率，但是工作距离会随着数值孔径的增大而减小，将聚焦物镜与超声探测器分别置于样本两侧的结构设置，这种方式只能对薄层样品进行成像。反射式光声显微成像采用光声耦合棱镜将超声探测装置和激光聚焦装置配置在样品同侧，需要使用工作距离更长的物镜，分辨率可达到微米量级，适用于不同厚度样品成像及在体成像。
[0004]然而传统光源在单次成像过程中只能采用单一波长的激光进行成像，如果需要更换激发光的波长须更换不同波长激光器，或使用具有一定时延的少数波长同频激光器少数个具有一定时间延时的不同波长的激光器实现多波长探测，因此成像速度受到切换波长的限制，并且成像成本高昂，效率大大受限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种光声成像系统，以解决现有技术中光声成像成本高、成像速度慢和成像效率低的技术问题。
[0006]本专利技术实施例提供了一种光声成像系统，包括光学频率梳模块、合束分束模块、平衡探测模块、斩波模块、光声样品池、超声探测模块、控制扫描模块、数据采集模块和信号处理与成像模块；
[0007]所述光学频率梳模块用于产生第一出射激光信号和第二出射激光信号，所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号的重复频率不同；
[0008]所述合束分束模块位于所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号的传播路径上，用于对所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号进行合束形成干涉激光信号，并将所述干涉激光信号分束形成探测激光信号和参考激光信号；
[0009]所述平衡探测模块位于所述参考激光信号的传播路径上，用于对所述参考激光信号进行平衡探测后得到第一电信号；
[0010]所述斩波模块位于所述探测激光信号的传输路径上，用于提取所述探测激光信号中的干涉信号作为激发脉冲信号；
[0011]所述光声样品池位于所述激发脉冲信号的传播路径上，所述光声样品池中设置有待探测物体，所述激发脉冲信号入射至所述待探测物体产生光声信号；
[0012]所述超声探测模块位于所述光声信号的传播路径上，用于将所述光声信号进行声电换能后得到第二电信号；
[0013]所述控制扫描模块用于控制所述激发脉冲信号的扫描位置；
[0014]所述数据采集模块分别与所述平衡探测模块以及所述超声探测模块电连接，用于采集所述第一电信号并传送所述第一电信号和所述第二电信号至所述信号处理与成像模块；；
[0015]所述信号处理与成像模块用于根据所述第一电信号和所述第二电信号对所述待探测物成像。
[0016]可选的，所述光学频率梳模块包括第一飞秒激光单元、飞秒脉冲时频域控制单元、第一飞秒激光脉冲放大单元和第一频率变更单元；
[0017]所述第一飞秒激光单元包括第一激光器和第二激光器；所述第一激光器用于出射第一初始激光信号，所述第二激光器用于出射第二初始激光信号
[0018]所述飞秒脉冲时频域控制单元包括第一锁定子单元和第二锁定子单元；所述第一锁定子单元用于对所述第一初始激光信号的重复频率和载波包络偏移频率进行锁定，所述第二锁定子单元用于对所述第二初始激光信号的重复频率和载波包络偏移频率进行锁定；
[0019]所述第一飞秒激光脉冲放大单元包括第一放大器和第二放大器；所述第一放大器位于所述第一初始激光信号的传播路径上，用于对所述第一初始激光信号进行功率放大；所述第二放大器位于所述第二初始激光信号的传播路径上，用于对所述第二初始激光信号进行功率放大；
[0020]所述第一频率变换单元包括第一频率变换子单元和第二频率变换子单元；所述第一频率变换子单元位于功率放大后的所述第一初始激光信号的传播路径上，用于对所述第一初始激光信号进行频率变换后形成所述第一出射激光信号；所述第二频率变换子单元位于功率放大后的所述第二初始激光信号的传播路径上，用于对所述第二初始激光信号进行频率变换后形成所述第二出射激光信号。
[0021]可选的，所述光学频率梳模块包括双光梳单元、第二飞秒激光脉冲放大单元和第二频率变换单元；
[0022]所述双光梳单元用于出射第三初始激光信号和第四初始激光信号；
[0023]所述第二飞秒激光脉冲放大单元包括第三放大器和第四放大器；所述第三放大器
位于所述第三初始激光信号的传播路径上，用于对所述第三初始激光信号进行功率放大；所述第四放大器位于所述第四初始激光信号的传播路径上，用于对所述第四初始激光信号进行功率放大；
[0024]所述第二频率变换单元包括第三频率变换子单元和第四频率变换子单元；所述第三频率变换子单元位于功率放大后的所述第三初始激光信号的传播路径上，用于对所述第三初始激光信号进行频率变换后形成所述第一出射激光信号；所述第四频率变换子单元位于功率放大后的所述第四初始激光信号的传播路径上，用于对所述第四初始激光信号进行频率变换后形成所述第二出射激光信号。
[0025]可选的，所述光学频率梳模块包括第三飞秒激光单元、窄线宽种子激光单元、第一分束单元、非线性频率变换单元和第三飞秒激光脉冲放大单元；
[0026]所述第三飞秒激光单元包括第五激光器和第六激光器；所述第五激光器用于出射第五初始激光信号，所述第六激光器用于出射第六初始激光信号；
[0027]所述窄线宽种子激光单元用于出射种子激光信号；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声成像系统，其特征在于，包括光学频率梳模块、合束分束模块、平衡探测模块、斩波模块、光声样品池、超声探测模块、控制扫描模块、数据采集模块和信号处理与成像模块；所述光学频率梳模块用于产生第一出射激光信号和第二出射激光信号，所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号的重复频率不同；所述合束分束模块位于所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号的传播路径上，用于对所述第一出射激光信号和所述第二出射激光信号进行合束形成干涉激光信号，并将所述干涉激光信号分束形成探测激光信号和参考激光信号；所述平衡探测模块位于所述参考激光信号的传播路径上，用于对所述参考激光信号进行平衡探测后得到第一电信号；所述斩波模块位于所述探测激光信号的传输路径上，用于提取所述探测激光信号中的干涉信号作为激发脉冲信号；所述光声样品池位于所述激发脉冲信号的传播路径上，所述光声样品池中设置有待探测物体，所述激发脉冲信号入射至所述待探测物体产生光声信号；所述超声探测模块位于所述光声信号的传播路径上，用于将所述光声信号进行声电换能后得到第二电信号；所述控制扫描模块用于控制所述激发脉冲信号的扫描位置；所述数据采集模块分别与所述平衡探测模块以及所述超声探测模块电连接，用于采集所述第一电信号和所述第二电信号并传送所述第一电信号和所述第二电信号至所述信号处理与成像模块；所述信号处理与成像模块用于根据所述第一电信号和所述第二电信号对所述待探测物成像。2.根据权利要求1所述的光声成像系统，其特征在于，所述光学频率梳模块包括第一飞秒激光单元、飞秒脉冲时频域控制单元、第一飞秒激光脉冲放大单元和第一频率变换单元；所述第一飞秒激光单元包括第一激光器和第二激光器；所述第一激光器用于出射第一初始激光信号，所述第二激光器用于出射第二初始激光信号所述飞秒脉冲时频域控制单元包括第一锁定子单元和第二锁定子单元；所述第一锁定子单元用于对所述第一初始激光信号的重复频率和载波包络偏移频率进行锁定，所述第二锁定子单元用于对所述第二初始激光信号的重复频率和载波包络偏移频率进行锁定；所述第一飞秒激光脉冲放大单元包括第一放大器和第二放大器；所述第一放大器位于所述第一初始激光信号的传播路径上，用于对所述第一初始激光信号进行功率放大；所述第二放大器位于所述第二初始激光信号的传播路径上，用于对所述第二初始激光信号进行功率放大；所述第一频率变换单元包括第一频率变换子单元和第二频率变换子单元；所述第一频率变换子单元位于功率放大后的所述第一初始激光信号的传播路径上，用于对所述第一初始激光信号进行频率变换后形成所述第一出射激光信号；所述第二频率变换子单元位于功率放大后的所述第二初始激光信号的传播路径上，用于对所述第二初始激光信号进行频率变换后形成所述第二出射激光信号。3.根据权利要求1所述的光声成像系统，其特征在于，所述光学频率梳模块包括双光梳
单元、第二飞秒激光脉冲放大单元和第二频率变换单元；所述双光梳单元用于出射第三初始激光信号和第四初始激光信号；所述第二飞秒激光脉冲放大单元包括第三放大器和第四放大器；所述第三放大器位于所述第三初始激光信号的传播路径上，用于对所述第三初始激光信号进行功率放大；所述第四放大器位于所述第四初始激光信号的传播路径上，用于对所述第四初始激光信号进行功率放大；所述第二频率变换单元包括第三频率变换子单元和第四频率变换子单元；所述第三频率变换子单元位于功率放大后的所述第三初始激光信号的传播路径上，用于对所述第三初始激光信号进行频率变换后形成所述第一出射激光信号；所述第四频率变换子单元位于功率放大后的所述第四初始激光信号的传播路径上，用于对所述第四初始激光信号进行频率变换后形成所述第二出射激光信号。4.根据权利要求1所述的光声成像系统，其特征在于，所述光学频率梳模块包括第三飞秒激光单元、窄线宽种子激光单元、第一分束单元、非线性频率变换单元和第三飞秒激光脉冲放大单元；所述第三飞秒激光单元包括第五激光器和第六激光器；所述第五激光器用于出射第五初始激光信号，所述第六激光器用于出射第六初始激光信号；所述窄线宽种子激光单元用于出射种子激光信号；所述第一分束单元位于所述种子激光信号的传播路径上，用于将所述种子激光信号分束得到第一种子激光信号和第二种子激光信号；所述非线性频率变换单元包括第一光参量放大子单元和第二光参量放大子单元；所述第一光参量放大子单元位于所述第五初始激光信号和所述第一种子激光信号的传播路径上，用于对所述第五初始激光信号进行频率变换，得到第一变频激光信号；所述第二光参量放大子单元位于所述第六初始激光信号和所述第二种子激光信号的传播路径上，用于对所述第六初始激光信号进行频率变换，得到第二变频激光信号；所述第三飞秒激光脉冲放大单元包括第五放大器和第六放大器；所述第五放大器位于所述第一变频激光信号的传播路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋有建，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：