本发明专利技术涉及一种基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像方法，是利用声透镜把生物组织由于光声效应产生的声压分布经耦合介质直接成像于像面上，通过多层反射膜把像面上的声压分布变成相应的光强分布，并用ＣＣＤ记录该光强分布，即可实时获得清晰的某一层面的组织影像；并且可以利用时间分辨的技术获得待测样品不同层面的层析图像。该装置由透明柔性橡胶层、光纤、声透镜、透声不透光材料、多层反射膜、ＣＣＤ、计算机构成。其中透明柔性橡胶层、光纤、声透镜、透声不透光材料、多层反射膜与ＣＣＤ相对安装在一个圆柱型铝制腔内；光纤通过一个连接器与激光器连接组成光源；另一激光器与反射镜组成照明光源；ＣＣＤ与计算机电气连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光声成像技术，具体是基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像方法。本专利技术还涉及所述方法使用的装置。
技术介绍
光声层析成像(Optoacoustic tomography)是检测强散射介质(如生物组织)内部光吸收分布的一种有效的医学成像技术，它具有光学成像的高对比度和超声成像的高穿透性等优点。例如，使用短脉冲激光(纳秒级)照射在生物组织上，生物组织由于吸收光能量温度微弱升高而发生热弹性膨胀，产生超声，超声信号正比于生物组织的光吸收，所以，光声信号携带了组织光吸收特性的信息，而生物组织的光吸收特性与组织的生理特征、代谢状态、病变特性等密切相关。此外，组织对超声的衰减和散射远小于组织对光的衰减和散射，所以使用超声探头检测光声信号能重建出组织的光吸收分布的图像。光声图像比纯超声图像具有更高的对比度和分辨率，携带更多的有用信息，可以实现生物组织的功能成像。因此，光声层析成像已经成为近年来研究的热点。目前，其成像方法主要有Lihong V.Wang等人的滤波反投影算法、Da Xing等人的多阵元探测器相控聚焦成像、Kruger Robert A.等人的逆三维Radon变换方法和Kstli Komel P.等人的傅立叶变换成像算法等。以上成像方法都是依靠算法来实现图像重建，其优点是避免了声波衍射效应的限制，因而可以实现高分辨率成像，但由于需要对成像物体进行扫描，所需时间长，这不能实时的监测组织变化。所以实时的获得生物组织层析图像是该技术走向使用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种对生物组织高分辨率、非侵入性和操作比较方便的基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像方法。本专利技术的另一目的在于提供一种实现基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像装置。本专利技术的方法和装置可用于生物组织的生长规律研究、生物组织的生理变化研究、生物组织的病变研究等方面。本专利技术用声透镜把由于光声效应产生的声压分布直接成像于像面上，然后在像面上用多层反射膜检测的方法把声压分布变成相应的光强分布，然后用CCD记录该光强分布，即可实时地获取待测生物组织的平面图像。本专利技术的基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像方法包括如下步骤1)用脉宽为5～20纳秒(ns)的脉冲激光照射生物组织，在生物组织或其不同层面中产生频率为兆赫兹(MHz)的超声，即光声信号；(2)用声透镜将步骤(1)中生物组织或其不同层面中产生的超声声压分布成像在像面上；例如肿瘤的光声信号就比组织周围的光声信号强；声透镜焦深较大，对一定厚度物体有纵向成像能力；声透镜把生物组织的不同层面声压分布成像在对应的像面上；(3)在像面上用多层反射膜检测的方法把声压分布转变成相应的光强分布；专门制作的多层反射膜具有很高的反射率，可达到98～99％，它可以把激光器发出的激光几乎都反射掉，如果没有光声信号，则没有光透过该薄膜，一旦有光声信号入射多层反射膜，即改变多层反射膜的厚度与折射率，使反射率大大降低，从而可以透过激光，这样就实现了声场到光场的转变；(4)用CCD记录该光强分布，即可实时获得清晰的某一层面的组织影像。本专利技术还可以包括步骤(5)，即重复操作步骤(3)、(4)，获得生物组织不同层面的组织影像。所述步骤(1)中，脉冲激光优选波长为450nm～2000nm。本专利技术利用声透镜与多层反射膜检测方法对生物组织的实时光声成像装置由透明柔性橡胶层、光纤、声透镜、透声不透光材料、多层反射膜、CCD、计算机构成。其中透明柔性橡胶层、光纤、声透镜、透声不透光材料、多层反射膜与CCD相对安装在一个圆柱型铝制腔内；光纤通过一个连接器与激光器连接组成光源；另一激光器与反射镜组成照明光源；CCD与计算机电气连接。其中CCD具有分辨率大、清晰度高、动态范围广等特点，适合于医学影像技术。计算机内装有数据处理软件，用于生物体或组织图像重建及处理。例如用Microsoft公司的Visual C++6.0平台开发的自动化图像采集处理软件。所述声透镜由铝材制成。该声透镜的位置可调，可调范围满足几何光学成像性质，即1u+1v=1f,]]>本基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像装置的工作原理是脉冲激光器发出的脉冲激光照射在样品上，样品产生光声信号；产生的光声信号经耦合介质由声透镜变换到像面上；在某一像面上用多层反射膜检测的方法把声压分布变成相应的光强分布；用CCD记录该光强分布，即可实时获得清晰的某一层面的组织影像。本专利技术与现有技术相比具有如下优点及效果(1)本专利技术装置是利用光声信号进行二维成像和层析成像，光声信号比传统的超声波携带有更多的信息，可以实现生物功能成像。本专利技术装置结合了超声在生物组织中具有强的穿透能力及光学成像的强对比度的优点，不会对生物体产生放射性损伤，与传统的医学影像诊断方法相比具有非侵入性、无损伤和灵敏度高等优点。(2)本专利技术装置使用声透镜把生物组织某个层面由于光声效应激发的声压分布成像于像面上，并把声压分布变换成光强分布，用CCD进行实时成像；并且声透镜的成像焦深较大，可以利用时间上的延时实现层析成像。(3)本专利技术装置使用的多层反射膜为像元阵列薄膜，它可与CCD互相匹配，并由CCD记录该光强分布。(4)本专利技术可以获得声阻抗相同和相近而光学参数不同的待测样品的层析图像；本专利技术采用声透镜直接对生物组织层析成像，无需复杂的图像重建算法，可以实现对生物组织的实时成像。(5)本专利技术可以获得生物组织某一横向层面的信息，与B超等获得某一纵向层面信息的成像方式不同，这与生物组织许多结构的横向分布是一致的，例如活体内血管分布、肿瘤形状等等，可以为医疗诊断提供更丰富的信息。(6)本专利技术利用已经很成熟的CCD传感技术实现了光声成像，图像重建完全由计算机控制，装置的操作较为方便，自动化程度高，应用前景广阔。附图说明图1是本专利技术装置的结构框图；图中1.圆柱型铝制外腔 2.耦合介质 3.透明柔性橡胶层 4.光纤 5.光纤固定架 6.连接器 7.脉冲激光器 8.激光器 9.声透镜 10.透声不透光材料11.多层反射膜 12.CCD 13.计算机 14.反射镜；图2是本专利技术方法的声透镜部分的层析成像原理图；图3是本专利技术方法的声透镜部分的层析成像光学等效图；图4是本专利技术方法使用的多层反射膜的结构图；图5、6是本专利技术方法的声透镜单一层面成像的实验结果图；其中图5是埋藏于强散射溶液中的四个黑胶带点状样品图；图6是图5中样品的光声图像；图7、8、9是本专利技术方法的声透镜层析成像的实验结果图；其中图7是埋藏于强散射溶液中的两层黑胶带样品，分别贴在有机玻璃板前后表面；图8是图7中圆圈层对应的光声图像；图9是图7中三点对应的光声图像。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的叙述，但本专利技术的实施方式不限于此。图1为本专利技术装置的结构框图，由图1可见，本专利技术装置主要包括透明柔性橡胶层3、光纤4、声透镜9、透声不透光材料10、多层反射膜11、CCD12、计算机13。其中透明柔性橡胶层3、光纤4、声透镜9、透声不透光材料10、多层反射膜11与CCD12相对安装在一个圆柱型铝制腔1内；光纤4通过一个连接器6与脉冲激光器7连接组成光源，同时，另一激光器8与反射镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于声透镜与多层反射膜检测的实时光声成像方法，其特征在于包括如下步骤：（１）用脉宽为５～２０纳秒的脉冲激光照射生物组织，在生物组织或其不同层面中产生频率为兆赫兹的超声，即光声信号；（２）用声透镜将步骤（１）中生物组织或其 不同层面中产生的超声声压分布成像在像面上；（３）在像面上用多层反射膜检测的方法把声压分布转变成相应的光强分布；（４）用ＣＣＤ记录该光强分布，即可实时获得清晰的某一层面的组织影像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐志列，魏亚东，刘海锋，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。