[發明專利]一種非接觸光聲成像裝置及方法

有效

• 申請號: 201910587193.8
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110243763B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 王毅;胡瀛心;彭斌揚;周紅仙;馬振鶴
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/04;G01N29/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明提供了一種非接觸光聲成像裝置及方法，屬于光聲成像技術領域。該光聲成像裝置包括探測光源、光纖隔離器、2×2光纖耦合器、光纖環形器、3×3光纖耦合器、準直器、透鏡、反射鏡、二向色鏡、激光器、光電探測器、高通濾波器、數據采集卡和電腦。本發明探測原位聲壓，利用高通濾波器及3×3光纖耦合器解調光聲信號，提高系統靈敏度和穩定性；本發明解決了使用水層對實際應用的限制，實現了完全非接觸光聲成像。

技術領域

本發明屬于光聲成像技術領域，具體涉及一種非接觸光聲成像裝置及方法。

背景技術

光聲成像(Photoacoustic imaging，PAI)是一種非侵入性成像模式，可用于生物組織的結構、功能成像。PAI結合光學高對比度和聲學高分辨率，近年來成為生物醫學成像的主要研究領域。PAI的原理是光聲效應，使用脈沖激光照射生物組織，組織吸收光能并產生熱彈性膨脹，由此產生超聲波，檢測超聲波可得到組織的吸收分布圖像。

目前光聲檢測技術可以分為接觸式光聲成像和非接觸式光聲成像。接觸式光聲成像使用壓電換能器探測超聲聲壓，當探頭與樣品接觸時兩者之間存在空氣層，超聲波在不同介質中聲阻抗不同，在聲阻抗具有差異的兩種介質界面會產生強烈的反射，因此，從原理上決定了必須在換能器和樣品之間使用聲耦合介質，減小損耗，提高靈敏度。但是使用耦合劑極大限制了光聲成像的實際應用，許多醫學檢測需要在沒有物理接觸的情況下進行，如燒傷診斷、腦外科檢測等，需要非接觸的檢測方式以減少感染。

作為壓電換能器的替代方案，多種基于光學干涉的非接觸探測方式被相繼提出，這些方法非接觸地探測超聲導致的樣品表面的位移和振動，代替使用超聲換能器檢測超聲聲壓。與基于超聲換能器的探測方法相比，光學干涉法具有如下優點：非接觸、器件小型化、光學透明、大帶寬及高靈敏度。但是目前的基于光學干涉的光聲成像方法存在缺陷：首先由于組織樣品表面粗糙，導致反射的探測光的強度較弱及相位出現隨機變化，使系統靈敏度降低，為了解決此問題，通常在樣品表面涂抹水層，水層產生一個均勻的反射面，但是這種方法需要在樣品表面添加水層，沒有做到完全非接觸，應用上極不方便；其次需等待光聲信號從光聲激發原點傳播到樣品表面再檢測，該過程光聲信號損失較大。如專利“基于光學干涉法的非接觸光聲探測方法及裝置”(專利號為201510881786.7)，存在同樣問題。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提出一種基于3×3光纖耦合器解調的非接觸光聲成像系統及方法，本發明使用光學干涉方法直接檢測樣品內光聲信號激發點的反射光強變化，激發光和樣品光的焦點重合(位于樣品內部)，焦點處的吸收體吸收激光能量，產生聲壓變化，導致該位置的光學折射率變化，進而導致反射系數變大，引起背向散射的樣品光光強增大；用基于3×3光纖耦合器解調的干涉方法測量這種光強變化，同時探測由3×3光纖耦合器輸出的三路干涉信號，經過解調，得到光聲信號激發點的反射光強變化，結合使用高通濾波器，消除外界的隨機干擾。

本發明的技術方案為：

一種非接觸光聲成像裝置，包括探測光源1、光纖隔離器2、2×2光纖耦合器3、光纖環形器A4、光纖環形器B8、3×3光纖耦合器12、準直器A13、透鏡A14、反射鏡A15、準直器B16、二向色鏡17、反射鏡B18、反射鏡C19、透鏡B20、激光器22、反射鏡D23、光電探測器A24、光電探測器B25、光電探測器C26、高通濾波器A27、高通濾波器B28、高通濾波器C29、數據采集卡30和電腦31。

所述探測光源1、光纖隔離器2、2×2光纖耦合器3通過光纖依次連接；所述2×2光纖耦合器3的輸出端分別通過光纖環形器A1端口5連接光纖環形器A4、通過光纖環形器B1端口9連接光纖環形器B8；

所述光纖環形器A4通過光纖環形器A2端口6連接準直器A13、通過光纖環形器A3端口7與3×3光纖耦合器12的輸入端連接；準直器A13、透鏡A14和反射鏡A15依次同軸設置；