一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置，包括：脉冲激光器，用于通过光路处理装置向样品支架上的待测样品发射激光；时序控制器，用于控制信号的触发和采集时间；电机控制器，用于控制二维平移台的移动；超声探测器，将接收的光声信号转换为电信号，所述电信号经放大器放大后输入到A/D转换器进行量化，并将量化后的数据传输到图像重建模块；图像重建模块，对采集到的数据进行预处理，并运行波束形成算法重建出光声图像。本发明专利技术采用单阵元探测器沿直线等距移动，对机械精度要求低。采用自使用波束形成技术，得到的图像信噪比高，具有很高的精度和图像质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光声断层成像(Photoacoustic Tomography,简称PAT)技术,尤其涉及一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置。
技术介绍
光声成像技术是新发展起来的一种非入侵式和非电离式的医学成像技术，光声成像技术基于光声效应，它结合了纯光学成像具有的高对比度特性和纯超声成像具有的高分辨率、低衰减、高穿透特性，能够在一定的深度下获得高的图像分辨率和对比度，图像传递的信息量大，可以提供形态及功能信息。近年来，光声成像技术获得迅速发展，并成为当今国际研究的前沿热点课题，目前已在生物组织成像中得到广泛应用，如肿瘤检测、血管成像、脑功能成像等相关研究。基于光声效应，短脉冲激光照射到待测样品，局部组织吸收光能产生热膨胀向四周辐射超声波，通过超声探测器在不同位置扫描并采集光声信号，不同位置的吸收体经过算法能被重建出来。在光声成像中，目前的大多数方法采用的是基于圆周扫描的滤波反投影算法，这种方法简单快速，但是会产生较大的伪影，造成成像精度较低。在实际应用中，高的成像精度和质量具有非常重要的意义，所以发展一种高分辨率和高精度的光声成像方法具有十分重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置。为达到上述目的，一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置，包括脉冲激光器，用于通过光路处理装置向样品支架上的待测样品发射激光；时序控制器，用于控制信号的触发和采集时间；电机控制器，用于控制二维平移台的移动；超声探测器(3)，将接收的光声信号转换为电信号，所述电信号经放大器放大后输入到Α/D转换器进行量化，并将量化后的数据传输到图像重建模块；图像重建模块对采集到的数据进行预处理，并运行波束形成算法重建出光声图像。本专利技术采用单阵元探测器沿直线等距移动，对机械精度要求低。采用自使用波束形成技术，得到的图像信噪比高，具有很高的精度和图像质量。附图说明图I是依照本专利技术实施例的基于自适应波束形成的光声断层成像装置的结构示意图；图2是依照本专利技术实施例的基于自适应波束形成的光声断层成像装置图像重建模块的构成图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图I所示，是依照本专利技术实施例的基于自适应波束形成的光声断层成像装置的结构示意图，该光声断层成像装置包括脉冲激光器(I);由全反射镜(2-1)、镜筒(2-2)、凹面镜(2-3)和毛玻璃(2-4)构成的光路处理装置(2);超声探测器(3)，由放大器(4-1)和 Α/D转换器(4-2)构成的信号采集单元(4);图像重建模块(5);时序控制器(6);由电机控制器(7-1)、二维平移台(7-2)构成的机电平移单元(7);水箱⑶；样品支架(9);以及待测样品(10)；其中，时序控制器(6)与脉冲激光器⑴和Α/D转换器(4-2)电气相连，用于精确控制信号的触发和采集时间；超声探测器(3)、信号采集单元(4)、图像重建模块(5)依次连接。超声探测器(3)将接收的光声信号转换为电信号，经过放大器(4-1)放大后输入到A/ D转换器(4-2)进行量化，将量化的数据传输到图像重建模块(5)，对采集到的数据进行预处理，并运行波束形成算法程序重建出光声图像。超声探测器(3)采用单元水浸式类线聚焦探测器，中心频率5MHz,晶片长度为18mm,宽带小于Imm,曲率半径60mm,可产生类似线聚焦的效果。超声探测器(3)在一个位置采集信号结束后，时序控制器(6)触发电机控制器 (7-1)间接控制二维平移台(7-2)的移动。脉冲激光器(I)选用Q-Switched Nd: YAG脉冲激光器，波长为532nm或者1064nm， 脉冲宽度为6. 5ns，可重复频率10Hz，脉冲激光器(I)发出的脉冲激光入射到成像物体产生声信号。光路处理装置(2)中,全反光镜(2-1)和镜筒(2-2)分别固定于同一支架上,反光镜(2-1)和脉冲激光之间夹角为45度；凹透镜(2-3)和毛玻璃(2-4)通过半封闭圆环固定在镜筒(2-2)上，通过调节镜筒的高度来控制照射到成像物体光斑的大小。超声探测器(3) 为单元水浸式类线聚焦探测器，中心频率5MHz，晶片尺寸18mmX0. 4mm,曲率半径60mm。信号采集单元(4)包括放大器(4-1)和Α/D转换器(4-2)。放大器采用低噪声放大器，信号放大增益为30-40dB，带宽大于50MHz。A/D转换器量化位数12位，采样率最高200MS/s，存储深度10M。时序控制器(6)时钟控制精度为纳秒级，可编程输出一定时间的上升和下降沿脉冲，控制脉冲激光器、Α/D转换器和电机控制器的同步协同工作。超声探测器(3)通过架杆连接于二维平移台(7-2)，电机控制器(7-1)控制二维平移台(7-2)的位移，并带动超声探测器(3)的沿着y轴和z轴平移。二维平移台(7-2)在 Y轴最大行程为100mm,重复定位精度3 μ m,在z轴最大行程为200mm,重复定位精度3 μ m。图I所示的基于自适应波束形成的光声断层成像装置，包括脉冲激光器、反射镜、 凹透镜、毛玻璃和镜筒构成光声信号的触发模块。脉冲激光经光路处理装置反射、扩束、均匀后照射到样品上号产生光声信号，实验中我们采用的532nm的激光。超声探测器、信号采集单元依次电气相连构成信号获取模块。样品辐射光声信号经单阵元超声探测器采集后输出到放大器进行放大，模拟电信号经Α/D转换器转换后将数字信号传输到图像重建模块， 完成一个角度位置的一次光声信号的采集。时序控制器控制脉冲激光器和信号采集单元， 完成一个位置信号采集存储后，给电机控制器一个触发信号，电机控制器接受到信号后，控制二维平移台移动到下一个位置，时序控制器再触发脉冲激光器发射脉冲激光，开始下一次信号采集，信号获取模块重新开始采集信号。超声探测器在不同位置采集的信号传输到图像重建模块，图像重建模块运行自适应波束形成算法，该方法通过沿直线每次移动相等距离，在每个位置分别采集光声信号，图像重建模块对采集的信号进行预处理，并建立自适应波束形成模型，根据最小方差准则，求解各个阵元的权重，进而计算波束形成的输出。图2是依照本专利技术实施例的基于自适应波束形成的光声断层成像装置的图像重建模块构成图，图像重建模块其中包括两个子模块阵元权重计算子模块和波束输出计算子模块。阵元权重计算子模块根据采集到信号的协方差矩阵和阵列导向矢量计算各阵元的权重；波束输出计算子模块根据各阵元的权重和各阵元采集到的信号计算波束输出。阵元权重计算模块根据如下公式求解Wopt = ° ι\.Y a其中W为阵列各阵元的权重矢量，Rx为信号协方差矩阵，a为导向矢量。波束输出计算模块根据如下公式求解y = WhX其中X为阵元采集到的信号。根据成像区域，计算不同时间多个方向的波束输出，最终形成光声图像。权利要求1.一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置，包括 脉冲激光器(I)，用于通过光路处理装置向样品支架上的待测样品发射激光； 时序控制器(6)，用于控制信号的触发和采集时间； 电机控制器(7-1)，用于控制二维平移台(7-2)的移动； 超声探测器(3)，将接收的光声信号转换为电信号，所述电信号经放大器(4-1)放大后输本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于自适应波束形成的光声断层成像装置，包括：脉冲激光器(1)，用于通过光路处理装置向样品支架上的待测样品发射激光；时序控制器(6)，用于控制信号的触发和采集时间；电机控制器(7?1)，用于控制二维平移台(7?2)的移动；超声探测器(3)，将接收的光声信号转换为电信号，所述电信号经放大器(4?1)放大后输入到A/D转换器(4?2)进行量化，并将量化后的数据传输到图像重建模块(5)；图像重建模块(5)，对采集到的数据进行预处理，并运行波束形成算法重建出光声图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，彭冬，刘学彦，杨鑫，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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