基于偏振自适应的光声断层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基于偏振自适应的光声断层成像装置及方法

【技术实现步骤摘要】
基于偏振自适应的光声断层成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种光声断层成像技术，具体为一种基于偏振自适应的光声断层成像装置及方法
。

技术介绍

[0002]光声断层成像技术结合了光学成像高对比度和超声成像低散射的优点，利用组织对光的吸收实现生物组织的深度成像
。
目前，大多数光声断层成像系统忽略了组织对光学吸收的各向异性，使用非偏振光或具有未知偏振光来激发光声信号
。
然而，在许多生物组织中存在光学吸收各向异性的特征
。
它通常与样本的结构和功能特性密切相关，如肌肉的纤维束结构和牙本质的管状微结构
。
因此，由不同偏振方向的激发光可能会引起被激发组织不同区域的偏振变化，从而导致光声断层成像的结果中出现伪影和信息损失
。
[0003]目前关于激发光偏振方向对光声断层成像影响的研究鲜有报道
。
偏振敏感光声层析成像的概念被首先提出，在扩散介质中检测到了光声信号的各向异性效应
。
二色性敏感光声断层成像方法，可以确定单轴二色性组织的光轴方向
。
然而，在该方法中，通过锁定偏振调制频率，逐像素地计算光声振幅的傅立叶变换
。
计算量非常大，且由于固定的偏振光激发方向可能导致成像不均匀
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出了一种低成本
、
高分辨率的基于偏振自适应的光声断层成像装置及方法
。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于偏振自适应的光声断层成像装置，包括脉冲激光器
、
光路调控装置
、
光声信号采集装置和计算机，所述光路调控装置包括平凸透镜
、
针孔透镜
、
平凹透镜
、
第一半波片
、
偏振分光棱镜
、
反光镜
、
第二半波片
、
第一电动旋转平台和平凹透镜，平凸透镜
、
针孔透镜
、
平凹透镜
、
第一半波片和偏振分光棱镜与脉冲激光器的发光口位于同一光轴，反光镜与所述光轴夹角为
45
度；第二半波片设置在第一电动旋转平台的通孔上，所述通孔与平凹透镜位于反射镜反射光所在光轴；所述光声信号采集装置用于圆周式采集被测样品在不同方向偏振光激发出的光声信号并进行放大，所述计算机用于根据光声信号采集装置采集的若干组光声信号进行图像重建
。
[0006]优选地，所述光声信号采集装置包括光电探测器
、
第二电动旋转平台
、
连接杆
、
超声换能器
、
信号放大器和数字示波器，所述光电探测器用于采集照射在待测物品上的激光能量，所述第二电动旋转平台用于放置被测物品，所述超声换能器通过连接杆与第二电动旋转平台连接，使得超声换能器与第二电动旋转平台保持相对静止，所述数字示波器与光声信号采集装置连接
。
[0007]优选地，所述光电探测器采集第一半波片到待测物光路上任意位置的激光能量
。
[0008]优选地，被测样品位于样本支架上，并固定在样品槽的中心
。
[0009]优选地，所述计算机与第一电动旋转平台连接，通过控制第一电动旋转平台控制
第二半波片，改变照射在被测样品上的激光的偏振方向
。
[0010]优选地，所述脉冲激光器为
Nd:YAG
固体激光器，波长为
532nm、1064nm
，重复频率为1‑
10Hz
，脉冲宽度为
5ns。
[0011]优选地，所述数字示波器具有
1GHz
带宽，最高
6.25GS/S
的采样率，在所有通道上可记录长度为
62.5M
点
。
[0012]本专利技术还提出了一种基于偏振自适应的光声断层成像方法，具体步骤为：
[0013]步骤1：打开脉冲激光器激光通过光路调制装置照射在被测样品表面，旋转第一半波片使被测样品表面的激光能量在安全范围以内；
[0014]步骤2：设置超声换能器扫描范围
、
扫描步长
、
扫描速度
、
采样长度
、
第二半波片旋转步长以及保存路径；
[0015]步骤3：超声换能器在当前位置等待第二半波片按照设定步长旋转完一个周期，光声信号采集装置收集第二半波片每次旋转后被测样品产生的光声信号，并传输给计算机，同时，采集照射在被测样品上的激光能量；
[0016]步骤4：计算机计算步骤3上传的光声信号的标准差，保留标准差中值所对应的光声信号作为最优信号；
[0017]步骤5：通过控制第二电动旋转平台控制超声换能器旋转至下一扫描位置重复步骤
4、5
，直至完成设定的扫描范围；
[0018]步骤6：计算机对采集到的若干组最优光声信号，利用滤波反投影算法进行图像重建，得到最终的重建结果
。
[0019]优选地，计算光声信号的标准差所采用的公式为：
[0020][0021]式中，
p
d
是探测的光声信号
,
是
p
d
的平均值，
t
是采集时间，激发光的偏振角度，
t
i
是在第
i
个采样点的采样时间，
N
t
是光声时域上的采样数量，是空间位置
。
[0022]本专利技术与现有的技术相比，其显著优点为：
(1)
成本低：本专利技术采用单个超声换能器做圆环扫描的方式，代替了数百个探头弧形阵列的采集方式，器件少，成本低；
(2)
分辨率高：由于考虑的生物组织对偏振光吸收的各向异性，引入光声信号标准差为参考量，自适应地收集最优光声信号，弥补了重建图像的缺失信息，抑制了伪影，提高了图像的质量
。
附图说明
[0023]图1是本专利技术基于偏振自适应的光声断层成像装置的结构示意图
。
[0024]图2是本专利技术实施实例中样品在传统光声断层成像装置中的成像结果图
。
[0025]图3是本专利技术实施实例中样品在基于偏振自适应的光声断层成像装置中的成像结果图
。
具体实施方式
[0026]下面结合附图详细介绍该专利技术装置和实现对样品进行偏振自适应光声断层成像的步骤
。
[0027]如图1所示一种基于偏振自适应的光声断层成像装置，包括脉冲激光器
1、
光路调控装置
2、
光声信号采集装置3和计算机4，所述光路调控装置2包括平凸透镜2‑
1、
针孔透镜2‑
2、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于偏振自适应的光声断层成像装置，其特征在于：包括脉冲激光器
(1)、
光路调控装置
(2)、
光声信号采集装置
(3)
和计算机
(4)
，所述光路调控装置
(2)
包括平凸透镜
(2
‑
1)、
针孔透镜
(2
‑
2)、
平凹透镜
(2
‑
3)、
第一半波片
(2
‑
4)、
偏振分光棱镜
(2
‑
5)、
反光镜
(2
‑
6)、
第二半波片
(2
‑
7)、
第一电动旋转平台
(2
‑
8)
和平凹透镜
(2
‑
9)
，平凸透镜
(2
‑
1)、
针孔透镜
(2
‑
2)、
平凹透镜
(2
‑
3)、
第一半波片
(2
‑
4)
和偏振分光棱镜
(2
‑
5)
与脉冲激光器
(1)
的发光口位于同一光轴，反光镜
(2
‑
6)
与所述光轴夹角为
45
度；第二半波片
(2
‑
7)
设置在第一电动旋转平台
(2
‑
8)
的通孔上，所述通孔与平凹透镜
(2
‑
9)
位于反射镜
(2
‑
6)
反射光所在光轴；所述光声信号采集装置
(3)
用于圆周式采集被测样品在不同方向偏振光激发出的光声信号并进行放大，所述计算机
(4)
用于根据光声信号采集装置
(3)
收集的若干组光声信号进行图像重建
。2.
根据权利要求1所述的基于偏振自适应的光声断层成像装置，其特征在于，所述光声信号采集装置
(3)
包括光电探测器
(3
‑
1)、
第二电动旋转平台
(3
‑
2)、
连接杆
(3
‑
3)、
超声换能器
(3
‑
4)、
信号放大器
(3
‑
5)
和数字示波器
(3
‑
6)
，所述光电探测器
(3
‑
1)
用于采集照射在被测物品
(6)
上的激光能量，所述第二电动旋转平台
(3
‑
2)
用于放置待测物品，所述超声换能器
(3
‑
4)
通过连接杆
(3
‑
3)
与第二电动旋转平台
(3
‑
2)
连接，使得超声换能器
(3
‑
4)
与第二电动旋转平台
(3
‑
2)
保持相对静止，所述数字示波器
(3
‑
6)
与光声信号采集装置
(3)
连接
。3.
根据权利要求2所述的基于偏振自适应的光声断层成像装置，其特征在于，所述光电探测器
(3
‑
1)
监测第一半波片
(2
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊吉川，张扬，刘学峰，夏志颖，侯睿婕，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：