一种生物组织三维光声成像的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种生物组织三维光声成像的装置，它主要由圆形齿轮、弧形超声阵列、碗状弧形外壳、超声耦合液、保护膜、光路外壳、扩束镜、光纤、激光器、数据采集卡、预处理电路、步进电机、驱动器、数字Ｉ／Ｏ卡、计算机、显示器组成。该装置的工作过程是：被测生物组织经激光辐射产生光声信号，弧形超声阵列接收光声信号并被采集进计算机；驱动器带动弧形超声阵列围绕被测生物组织转动到下一个位置；重复采集－转动的步骤，直至接收到足够多位置的光声信号，计算机通过计算重建出被测组织的三维光声图像。本实用新型专利技术可以快速、无损地实现生物组织的三维光声成像，特别适用于早期乳腺癌和颅脑损伤的检测。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生物医学测量和医疗器械
，具体涉及一种生物组织三维 光声成像的装置。
技术介绍
光声成像技术结合纯光学成像高对比度和纯超声成像深穿透性的优点，由于组织 对超声的衰减和散射远小于组织对光的衰减和散射，用宽带超声探测器检测超声波代替光 学成像中检测散射光子，其可以提供高对比度和高分辨率的组织影像，成像可达到厘米量 级深度和微米量级分辨率，并且具有无放射性损伤、成本较低、使用安全便捷等特性。尤其 是，光声信号在生物组织内有很好的传输特性，它携带了组织的光吸收特征信息，而生物组 织对光吸收的差异反映了组织的结构形态和生理特征，同时也反映组织代谢的差异和病变 特征，被认为是进行早期癌变和各种损失诊断成像的有效方法。中国专利技术专利申请公开说明书(公开号CN1862247A)公开了一种基于多通道电子 并行扫描光声实时层析成像的方法及其装置，但该方法也只能实现二维的光声层析成像， 且由于采用线阵探头在单个方位接收光声信号，难以实现具有不规则边界(如各种凸出结 构)的被测组织的光声复杂图像。中国专利技术专利申请公开说明书(公开号CN 1555764A) 也公开了一种生物组织光学和超声的采集和层析成像的方法及其装置。其成像方法包括 (1)超声扫描生物组织，查找可能的病变部位；(2)脉冲激光和超声同时入射到第1步找出 的可疑病变部位的组织中，获得光致超声和反射超声信号；(3)接受超声回波和光声信号；计算机对信号进行数据处理后，通过直线投影层析成像。其装置中用于发射和接受超声 的传感器是线型多元超声阵列，可以得到二维平面的超声回波信号和光致超声信号，经过 数据处理后，只能获得二维光声和超声像，图像的辨识困难，需要有相当经验的人员才能解 读图像的意义。 2003年Wang等报道了采用单元非聚焦探头依次做圆周和线性扫描来实现三维光 声成像(X. D. Wang, Y. J. Pang, G. Ku, G. Stoica, and L. H. Wang, “ Three-dimensional laser induced photoacoustic tomography of mouse brain with the skin and skull intact, ” Opt. Lett.，28，17392-1741，2003.)；由于需要同时做两个方位的机械扫描，其系 统稳定性和时间分辨率被极大的降低。2002年Andreev等和2008年Ephrat等分别报道了 将多个单元探头沿着经度和纬度依次间隔稀疏排列在一个球面上接收光声信号的三维光 声成像方法(V. G. Andreev, D. A. Popov, D. V. Sushko, A. A. Karabutov, and Α. Α. Oraevsky, “Image reconstruction in 3D optoacoustic tomography system withhemispherical transducer array,，，Proc. SPIE，4618，137-145，2002. P. Ephrat，L. Keenliside， A.Seabrook, F. S. Prato, and J. J. Carson, "Three-dimensional photoacoustic imaging by sparse-array detection and iterative image reconstruction，，，J· Biomed· Opt·， 13 (5), 054052, 2008.)；该方式虽然不需要机械扫描即可实现三维光声成像，但由于多个单 元探头间距太大且精确定位困难，其加工难度和空间分辨率受到了极大的限制。尤其需要指出的是，以上光声成像方法的信号采集普遍采用单元换能器，以获得不同方向的光声信 号，再经复杂算法重建出组织的光学吸收分布。由于多方位的机械旋转扫描和长时间的数 据采集过程，机械振动和仪器长时间工作的随机参数漂移等不稳定因素对结果带来的随机 误差不可避免，从而严重影响成像质量和研究结果的可靠性和稳定性。同时，成像算法复 杂，计算量大，耗费时间长，在实际应用中显然存在相当大的局限性，无法满足实际临床的 快速精确需求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种生物组织三维光声成像的装置，特别适用于早期乳 腺癌或颅脑损伤的检测。为解决上述技术问题，本技术采用如下的技术方案一种生物组织三维光声成像的装置，包括光声激发与传感单元，信号控制与处理 单元。所述光声激发与传感单元由圆形齿轮、一个或一个以上弧形超声阵列、内装有超 声耦合液的碗状弧形外壳、透过激光的保护膜、光路外壳、扩束镜和光纤组成。所述碗状弧 形外壳的顶部外壁定位同心安装所述圆形齿轮。碗状弧形外壳的侧壁从顶部到底部镶嵌弧 度与碗状弧形外壳相匹配的所述弧形超声阵列。碗状弧形外壳的底部与所述保护膜密封结 合。所述光路外壳内、保护膜的下方装有所述扩束镜。光路外壳底部连接有光纤。碗状弧 形外壳的下沿与光路外壳的上沿转动连接。所述信号控制与处理单元由激光器、数据采集卡、预处理电路、步进电机、驱动器、 数字I/O卡、计算机和显示器组成。所述圆形齿轮与步进电机啮合连接。所述计算机、数字I/O卡、驱动器与步进电机 依次导线连接。所述数字I/O卡还与预处理电路、弧形超声阵列依次导线连接。所述数据采 集卡分别与激光器、预处理电路和计算机导线连接。所述计算机还和显示器导线连接。光 纤的进光端与激光器连接、出光端与光路外壳连接。作为本技术装置的一种实施例，所述碗状弧形外壳从顶部到底部镶嵌一个所 述弧形超声阵列。在检测时，碗状弧形外壳需要至少围绕被测乳腺或颅脑旋转180度，才可 获得完备数据的三维光声图像，耗时比较长。作为本技术装置的另一种实施例，所述碗状弧形外壳从顶部到底部镶嵌三个 或三个以上所述弧形超声阵列。碗状弧形外壳围绕被测乳腺或颅脑旋转较小的角度，即可 获得完备数据的三维光声图像；但由于采用了多个弧形超声阵列，成本较高。本技术装置优选的实施例是，所述碗状弧形外壳从顶部到底部镶嵌两个所述 弧形超声阵列。本技术更优选的是两个所述弧形超声阵列夹角为90度地镶嵌在碗状 弧形外壳上。该优选的装置在检测时，碗状弧形外壳围绕被测乳腺或颅脑旋转90，即可获得 完备数据的三维光声图像；检测耗时短，成本合理。当然，本领域技术人员应当理解，在实际检测不需要完备数据的情况下，上述光声 传感器只需围绕被测乳腺或颅脑旋转更小的角度。为了防止检测时碗状弧形外壳中的超声耦合液流出，上述光声激发与传感单元还 包括一个与碗状弧形外壳顶部内壁密封结合的圆环状弹性密封圈，所述弹性密封圈可以采用如橡胶、硅胶等弹性材料制成，密封圈的内径小于被测乳腺或颅脑的直径。本技术所述装置的一种实施例中，一个上述光声激发与传感单元和信号控制 与处理单元连接，所述装置特别适用于颅脑或单侧乳房的检测。本技术所述装置的另一种实施例中，两个上述光声激发与传感单元和信号控 制与处理单元连接。所述信号控制与处理单元中的激光器同时和两个光声激发与传感单元 中的光纤的进光端导线连接；信号控制与处理单元中的步进电机和两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物组织三维光声成像的装置，其特征在于包括光声激发与传感单元，信号控制与处理单元；所述光声激发与传感单元包括圆形齿轮（１）、一个或一个以上弧形超声阵列（２）、内装有超声耦合液（４）的碗状弧形外壳（３）、透光的保护膜（５）、扩束镜（６）、光纤（７）和光路外壳（８）组成；所述碗状弧形外壳（３）的顶部外壁定位同心安装所述圆形齿轮（１），碗状弧形外壳（３）的侧壁从顶部到底部镶嵌弧度与碗状弧形外壳（３）相匹配的所述弧形超声阵列（２），碗状弧形外壳（３）的底部与所述保护膜（５）密封结合；所述光路外壳（８）内、保护膜（５）的下方装有所述扩束镜（６），光路外壳（８）底部连接有光纤（７）；碗状弧形外壳（３）的下沿与光路外壳（８）的上沿转动连接；所述信号控制与处理单元由激光器（１０）、数据采集卡（１１）、预处理电路（１２）、步进电机（１３）、驱动器（１４）、数字Ｉ／Ｏ卡（１５）、计算机（１６）和显示器（１７）组成；所述圆形齿轮（１）与步进电机（１３）啮合连接；所述计算机（１６）、数字Ｉ／Ｏ卡（１５）、驱动器（１４）与步进电机（１３）依次导线连接，所述数字Ｉ／Ｏ卡（１５）还与预处理电路（１２）、弧形超声阵列（２）依次导线连接，所述数据采集卡（１１）分别与激光器（１０）、预处理电路（１２）和计算机（１６）导线连接，所述计算机（１６）还和显示器（１７）导线连接，光纤（７）的进光端与激光器（１０）连接、出光端与光路外壳（８）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾吕明，刘国栋，杨迪武，徐景坤，
申请(专利权)人：江西科技师范学院，
类型：实用新型
国别省市：36[中国|江西]