[發(fā)明專利]用探測超聲束測量生物組織中光致聲信號的方法及其裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02115019.2
• 申請日: 2002-04-03
• 公開（公告）號: CN1373362A
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢達;姚勇
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: G01N29/00
• 分類號: G01N29/00;A61B8/00
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何燕玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)，更詳細地是一種用探測超聲束測量生物組織的光致聲信號的方法。

本發(fā)明還涉及該用探測超聲束測量生物組織的光致聲信號的方法使用的裝置。

背景技術(shù)

近年來，對光聲效應(yīng)的研究和應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。用光輻照某種物體時，由于它對光的吸收會使其內(nèi)部的溫度改變，從而引起其局部區(qū)域的機械參數(shù)變化；當(dāng)采用脈沖光源或調(diào)制光源時，物體內(nèi)局部溫度的起伏會引起其體積的漲縮，因而可以向外輻射聲波。這種現(xiàn)象稱為光致聲場效應(yīng)(簡稱光聲效應(yīng))。光聲效應(yīng)實際上是一種能量轉(zhuǎn)換過程。根據(jù)熱傳導(dǎo)方程及波動方程可知：光聲信號的產(chǎn)生不僅與光源有關(guān)，還與被照射物體的熱學(xué)及光學(xué)特性有光，而光聲信號的傳播則與媒質(zhì)的聲學(xué)特性有關(guān)。因此，測量樣品的光聲信號可以得到其內(nèi)部豐富的特征信息，可以用來判斷和甄別其內(nèi)部的狀況，例如固體的內(nèi)部損傷，生物組織的病變等。而且其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景更為深遠，因為這種方法與傳統(tǒng)的超聲探測或超聲影像方法相比，它可以區(qū)分聲阻抗相同而光學(xué)參數(shù)不同的待測樣品，另外還可以根據(jù)生物病變組織和正常組織的代謝功能差異來成像，可豐富診斷手段，提高診斷的準確度。

光聲信號的檢測是光聲效應(yīng)應(yīng)用的關(guān)鍵。由于生物組織很復(fù)雜，對生物組織中光聲信號的精確測量是對其特征進行分析，診斷和成像的前提。目前一般用探測器測量時，基本都是在被測樣品的端面放置聲傳感器，測量樣品內(nèi)傳出的光聲信號。得到的信號一般是體聲場的各個發(fā)聲點產(chǎn)生的信號在測量點的疊加。因此，在重建被測體內(nèi)光聲圖像或判斷其內(nèi)部確切點的信號時就很困難，需要多點測量和復(fù)雜的算法處理數(shù)據(jù)。而且，對于生物組織的應(yīng)用而言，由于它是光的強散射體，入射的激光很快發(fā)散，加上生物組織一般不是各向同性的光學(xué)和聲學(xué)體，因此，激光產(chǎn)生的聲場以及聲場的反射、透射和吸收都很復(fù)雜，很難得到各個點的確切光聲信號。因此簡化測量信號是應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。另外，研究生物樣品時，要求激光強度小于破壞閾值，并且越小越好，以免造成損傷。這樣會導(dǎo)致光聲信號很弱，需要高靈敏度的探測器。由于探測器的響應(yīng)閾值限制，很可能探測不到信號，或信噪比差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種用探測超聲束測量生物組織的光致聲信號的方法，用一束探測超聲對光聲信號定位并且將疊加在其上的光致聲信號帶出，經(jīng)過解調(diào)后得到聚焦區(qū)附近的光致聲信號。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)上述方法的用探測超聲束測量生物組織的光致聲信號的裝置。

本發(fā)明用探測超聲束測量生物組織中光致聲信號的方法包括如下步驟：

1、脈沖激光入射到生物組織中形成光致聲場；

2、一束探測聚焦超聲波入射到第1步中的光致聲場區(qū)域，與光致聲信號疊加，形成聲的拍頻信號；

3、接收和測量拍頻信號；

4、信號頻譜分離，提取光致聲信號。

第1步中，脈沖激光優(yōu)選波長為500nm～1064nm。最佳波長為532nm或1064nm的調(diào)Q激光脈沖。

第2步中，聚焦超聲波的優(yōu)選頻率為1～10MHz。

第3步中，可用聲探測器接收和測量拍頻信號。

第4步中，可利用實時傅立葉變換進行信號頻譜分離，提取光致聲信號。

本發(fā)明的用探測超聲束測量生物組織的光致聲信號的裝置由激光器、超聲波發(fā)生組件、聲信號測量組件、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡，計算機構(gòu)成；超聲波發(fā)生組件由函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、超聲換能器依次為電氣連接構(gòu)成；聲信號測量組件由水聽器或壓電換能器、前置放大器電氣連接組成；超聲波發(fā)生組件的超聲換能器與聲信號測量組件的水聽器或壓電換能器通過聲連接；聲信號測量組件的前置放大器與信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機依次電連接；超聲波發(fā)生組件的超聲換能器上配有聚焦超聲透鏡。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、結(jié)合了超聲波對生物組織具有較強的穿透能力以及光聲檢測的無損傷高靈敏度檢測等優(yōu)點，不會對生物體產(chǎn)生發(fā)射性損傷，可提高對生物組織的病變診斷能力；

2、采用實時快速傅立葉變換技術(shù)處理調(diào)制信號，可顯著提高信噪比；

3、通過將探測器接收的聲信號中的外加聲場信號分離，可以還原出該點的光聲信號，這種方法可以測量復(fù)雜背景下的較弱的光致聲信號，可以提高信噪比和靈敏度；

4、它可以區(qū)分聲阻抗相同而光學(xué)參數(shù)不同的待測樣品的同時，還可根據(jù)拍頻信號中外加超聲信號幅值的改變來確定聲波信號傳輸過程中的衰減；