[發(fā)明專利]光聲彈性成像方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110008213.5
• 申請(qǐng)日: 2011-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN102175776A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢達(dá);高國(guó)棟;楊思華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/34
• 分類號(hào): G01N29/34
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種彈性成像技術(shù)，特別涉及光聲彈性成像方法及其裝置。

背景技術(shù)

彈性是表征一種物質(zhì)物理特性的重要參數(shù)，測(cè)量某種物質(zhì)的彈性或者對(duì)它的彈性特性分布進(jìn)行成像對(duì)于了解該種物質(zhì)的屬性及結(jié)構(gòu)是一種相當(dāng)重要的手段。彈性成像作為一種新的成像方法，它通過獲取有關(guān)組織彈性信息進(jìn)行成像，彌補(bǔ)了X射線、超聲成像(US)、磁共振成像(MRI)、計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)等傳統(tǒng)成像模態(tài)不能直接提供組織彈性的不足。

彈性成像(elastography)一詞最初出自靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)壓縮的超聲彈性成像，狹義的彈性成像就僅指這種成像方式，其基本原理為對(duì)某一組織施加一個(gè)內(nèi)部(包括自身的)或外部的、動(dòng)態(tài)或靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)的激勵(lì)；在彈性力學(xué)、生物力學(xué)等物理?xiàng)l件下，組織將產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)。例如位移、應(yīng)變與速度的分布；彈性模量較大的組織應(yīng)變較小，或者振動(dòng)的幅度和速度較小；利用超聲成像或磁共振成像等方法，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理或者數(shù)字圖像技術(shù)，可估計(jì)出組織內(nèi)部的位移、應(yīng)變等參數(shù)，從而間接或直接反映其彈性模量等力學(xué)屬性的差異。

根據(jù)采用的成像模態(tài)的不同，現(xiàn)有的彈性成像方法主要包括超聲彈性成像(ultrasound?elastography，ultrasound?elasticity?imaging)和磁共振彈性成像(magnetic?resonance?elastography，MR?elastography，MRE)，還有光學(xué)相干斷層彈性成像(optical?coherence?tomographic?elastography，OCTelastography)等。以上各種傳統(tǒng)彈性成像方法必須先給組織施加作用力使之形變，但這種作用方式是施加于整個(gè)組織，而非只針對(duì)感興趣的特定區(qū)域，這樣，周圍組織的運(yùn)動(dòng)和形變就可能對(duì)測(cè)量產(chǎn)生不利的影響。

在國(guó)外也有一種光聲技術(shù)測(cè)量生物組織彈性的方法(由日本的National?Defense?Medical?College提出)，這種技術(shù)是基于光聲信號(hào)在穿過樣品時(shí)的衰減速度來計(jì)算弛豫時(shí)間，以此來表征彈性。因?yàn)檫@種方法需要對(duì)樣品進(jìn)行特定的加工，所以在對(duì)組織的彈性信息成像方面有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有彈性成像技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種光聲彈性成像方法，所述方法利用強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)光源聚焦于被檢測(cè)樣品并逐點(diǎn)掃描，通過測(cè)量激發(fā)產(chǎn)生的光致熱彈超聲的主頻信號(hào)與光源調(diào)制信號(hào)的相位差，把對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的相位差延遲以灰度形式映射到顯示屏上，得到該平面上組織彈性的二維灰度圖像。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種光聲彈性成像裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種光聲彈性成像方法，所述方法包括下述步驟：

(1)連續(xù)激光器發(fā)出連續(xù)激光到電光調(diào)制器中，電光調(diào)制器根據(jù)由函數(shù)發(fā)生器輸入的正弦波形信號(hào)對(duì)連續(xù)激光進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，其調(diào)制頻率等同于由函數(shù)發(fā)生器輸入信號(hào)的頻率；

(2)強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)激光通過聚焦透鏡聚焦照射到樣品上并產(chǎn)生主頻與調(diào)制頻率相同的受迫光聲信號(hào)；

(3)受迫光聲信號(hào)通過超聲耦合劑由超聲探測(cè)器接收，再通過前置放大器放大之后輸入到鎖相放大器，由鎖相放大器檢頻出與函數(shù)發(fā)生器同等頻率的信號(hào)，再將此信號(hào)與函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)進(jìn)行相位差比較，計(jì)算機(jī)將采集此相位差值并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中；

(4)由計(jì)算機(jī)控制的控制電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)逐點(diǎn)掃描樣品的表面，并依次接收、采集數(shù)據(jù)；

(5)在計(jì)算機(jī)中對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的相位延遲時(shí)間以灰度值的形式映射到顯示屏上，得到反映該平面上組織彈性性質(zhì)的二維灰度圖像。

所述步驟(4)中的采集數(shù)據(jù)是采用基于LABVIEW控制平臺(tái)的單通道實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，并將各點(diǎn)采集得到的數(shù)據(jù)與樣品各點(diǎn)坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)。

所述步驟(5)中對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，是指通過MATLAB程序?qū)?duì)應(yīng)各點(diǎn)的相位延遲以灰度形式進(jìn)行圖像重建，從而得到待測(cè)部位的光聲彈性圖像。

一種光聲彈性成像裝置，所述裝置具體包括：光聲激發(fā)光源發(fā)生組件、光聲信號(hào)采集組件、光聲信號(hào)處理組件、控制電路、樣品池、步進(jìn)電機(jī)以及二維掃描平臺(tái)，所述聲激發(fā)光源發(fā)生組件、樣品池、光聲信號(hào)采集組件、光聲信號(hào)處理組件按順序依次連接；所述控制電路與步進(jìn)電機(jī)連接；所述二維掃描平臺(tái)置于樣品池中，所述樣品池中充滿超聲耦合劑；