[發明專利]一種基于同軸時域分辨光聲成像的檢測方法

有效

• 申請號: 201811268164.7
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109363636B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 萬雄;王泓鵬;袁汝俊;何強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/02
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種基于同軸時域分辨光聲成像的檢測方法，它是在一種基于同軸時域分辨光聲成像系統上實現的，該系統主要由主控制器(21)、掃描頭部(1)、三維電動平臺(22)和輔助部件組成；其特征在于所述的檢測方法包括以下步驟：

1)系統初始定位

人體待測區域內包括皮膚、皮下組織、血管壁、粥樣斑塊、流動血液不同組織及成分，將基于同軸時域分辨光聲成像系統靠近人體待測區域的待檢測血管的起始血流位置；主控制器給三向步進電機控制器發送控制指令，將皮下的深度方向設為z向，沿血流的方向設為x向，垂直血流的方向設為y向，設定三向步進電機的z方向的行進步數，帶動三維電動平臺上的掃描頭部運動，使光聲探測頭大致位于皮膚上方一厘米左右；主控制器啟動激光器控制器，激光器控制器按照設定好的工作參數啟動激光器；

2)單點測試

激光脈沖部分能量穿過比例分光片，經帶孔反射鏡反射，再經平凸聚焦鏡聚焦于聚焦點，形成以聚焦點為頂點的激發立體角，該激發立體角穿過皮膚下不同深度的不同組織，只有單位面積的能量密度超過光聲產生閾值的那些組織才能產生超聲回波信號；位于以聚焦點為頂點的接收立體角的超聲回波信號經超聲透鏡聚焦至超聲探頭上轉換為電信號；同時，該激光脈沖另一部分能量經比例分光片反射，被光電探測器接收并轉化為電信號，經探測器電路放大，送至信號采集卡的觸發端口，瞬時開啟信號采集卡，此時，超聲探頭輸出的電信號經級聯放大器多級放大后，至信號采集卡進行高頻采樣，模數轉換并送至主控制器中的主控軟件進行分析；

3)時域分辨光聲定位分析

激發立體角中的激光脈沖能量依次經過皮下組織、血管壁、粥樣斑塊、流動血液，在聚焦良好的情況下，以上四種不同成分的單位面積的激光能量將達到光聲閾值，將依次激發出皮下組織光聲信號、血管壁光聲信號、粥樣斑塊光聲信號、流動血液光聲信號；主控制器中的主控軟件接收到的時域分辨光聲信號中，首先在t₁時刻接收到強度為I₁時間寬度為T₁的皮下組織光聲信號，然后依次在t₂時刻接收到強度為I₂時間寬度為T₂的血管壁光聲信號，t₃時刻接收到強度為I₃時間寬度為T₃的粥樣斑塊光聲信號，t₄時刻接收到強度為I₄時間寬度為T₄的流動血液光聲信號；

其中，光聲信號的時間寬度的倒數即近似為超聲頻率的2倍，不同組織成分由激光激發的超聲頻率是不同的，相同組織成分由激光激發的超聲頻率是相同的，因此，根據時間寬度的測量即可判斷組織成分；光聲信號的強度代表組織成分密度的大小，相同的組織成分，光聲信號越強代表該處的組織密度更大；

定義傳輸時間Δt₁＝t₂-t₁；Δt₂＝t₃-t₂；Δt₃＝t₄-t₃；用傳輸時間乘以聲音在組織成分中的傳輸速度，即可求出該組織成分的厚度；

4)光聲單點血管測量

主控制器中的主控軟件記錄下此時聚焦點的x坐標；主控制器給三向步進電機控制器發送控制指令，三向步進電機帶動三維電動平臺上的掃描頭部沿z軸及y軸運動掃描，同時，重復步驟2)3)；主控制器中的主控軟件不斷分析，直至達到最高值，此時，聚焦點即為血液濃度最高點，記錄下聚焦點的y及z坐標；用Δt₃乘以聲速得到聚焦點處主軸經過的粥樣斑塊的厚度，根據I₃記錄粥樣斑塊的密度，用Δt₂乘以聲速得到焦點處主軸經過的血管壁的厚度，根據I₂記錄血管壁的密度；

5)光聲三維血管重建

主控制器給三向步進電機控制器發送控制指令，三向步進電機帶動三維電動平臺上的掃描頭部沿x軸步進一個步長，重復步驟4)，得到第二點的血液中心點坐標，以及該坐標下對應的粥樣斑塊的厚度及密度，血管壁的厚度及密度；然后，掃描頭部沿x軸再步進一個步長，得到第三個點的血液中心點坐標，以及該坐標下對應的粥樣斑塊的厚度及密度，血管壁的厚度及密度；類似地，不斷完成第四點、第五點、…、第N點的血液中心點坐標，以及該坐標下對應的粥樣斑塊的厚度及密度，血管壁的厚度及密度；直至完成整個人體待測區域內的血管三維測量，將所有測量點的信息匯總，即可完成人體待測區域內的血管的三維形貌的重建，三維形貌包括坐標、組織成分、厚度和密度。