[發(fā)明專利]光聲成像系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2019-08-23
• 公開（公告）號: CN110367942B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學技術(shù)大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B8/00;G01N29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張靜

本申請公開了一種光聲成像系統(tǒng)及方法，可以通過激光器激發(fā)待成像物體產(chǎn)生光聲信號，并通過三維相控陣超聲換能器采集向三維空間傳播的光聲信號，實現(xiàn)三維成像，且可以提高對光聲信號的采集率，具有較好的成像質(zhì)量。本發(fā)明對捕獲的多通道光聲信號進行低噪聲放大、濾波和高速并行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對圖像進行重建、處理和顯示，可以恢復(fù)待成像物體中吸收體的三維空間分布；通過掃描激光波長進行多光譜成像，可以實現(xiàn)化學成分的無創(chuàng)表征；通過分析接收超聲信號的頻譜，可以實現(xiàn)物理性質(zhì)的無創(chuàng)表征；通過GPU加速，可以提升多路信號和圖像的處理速度；可以實現(xiàn)多排光聲成像，高速得到三維容積圖像，解決了傳統(tǒng)光聲成像通常只能進行二維斷層成像的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光聲成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種光聲成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，超聲相控技術(shù)具有很多的優(yōu)點。超聲相控技術(shù)采用電子方法控制聲束偏轉(zhuǎn)、聚焦和掃描，可以在不移動或少移動換能器的情況下進行快捷的掃描，而且具有良好的聲束可達性，能對復(fù)雜幾何形狀的待測物體及其盲區(qū)進行檢測，還可以通過優(yōu)化控制焦點尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，使得檢測分辨率和信噪比等性能得到提高，使得檢測圖像更加清晰，使得檢測速度更加快速。

由于具有上述優(yōu)點，基于超聲相控技術(shù)的光聲成像系統(tǒng)及方法被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學超聲成像以及工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域。相控陣超聲換能器是實現(xiàn)超聲相控技術(shù)的核心部件，現(xiàn)有的相控陣超聲換能器用于光聲成像時，對光聲信號采集率較低，成像靈敏度低，且成像質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種光聲成像系統(tǒng)及方法，可以提高對光聲信號的采集率，提高了靈敏度，具有較好的成像質(zhì)量。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種光聲成像系統(tǒng)，所述光聲成像系統(tǒng)包括：

激光器，所述激光器用于出射激光脈沖，以照射待成像物體，通過熱彈效應(yīng)，激發(fā)待成像物體產(chǎn)生向三維空間傳播的光聲信號；

三維相控陣超聲換能器，所述三維相控陣超聲換能器用于采集向三維空間傳播的所述光聲信號；所述三維相控陣超聲換能器具有柱狀基底，所述柱狀基底上固定有超聲換能器陣列，所述超聲換能器陣列包括多排環(huán)繞所述柱狀基底中軸線的超聲換能器陣元；所述軸線為所述柱狀基底的頂面中點與底面中點連線；

多通道數(shù)據(jù)采集電路，所述多通道數(shù)據(jù)采集電路用于將所述三維相控陣超聲換能器采集的所述光聲信號進行信號處理；

計算機，所述計算機用于基于信號處理后的所述光聲信號，形成所述待成像物體的三維光聲圖像。

優(yōu)選的，在上述光聲成像系統(tǒng)中，所述激光器產(chǎn)生的激光脈沖通過光纖照明系統(tǒng)照射所述待成像物體；

其中，所述光纖照明系統(tǒng)包括：光纖耦合器以及多路光纖束；所述光纖束的一端通過所述光纖耦合器耦合至所述激光器的激光輸出端口，多路所述光纖束的另一端均分布于同一圓周，所述圓周包圍所述待成像物體，為所述待成像物體提供均勻照明。

優(yōu)選的，在上述光聲成像系統(tǒng)中，所述激光器產(chǎn)生的激光脈沖通過自由光路照明系統(tǒng)照射所述待成像物體；

所述自由光路照明系統(tǒng)包括：漫射器、圓錐透鏡以及聚光器，所述激光器產(chǎn)生的激光脈沖依次通過所述漫射器、所述圓錐透鏡以及所述聚光器后，照射所述待成像物體。

優(yōu)選的，在上述光聲成像系統(tǒng)中，所述三維相控陣超聲換能器包括多個超聲換能器陣元；

所述多通道數(shù)據(jù)采集電路包括：多通道放大器、多通道濾波器以及多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；每個所述超聲換能器陣元單獨對應(yīng)一個通道，所述超聲換能器陣元采集所述光聲信號經(jīng)過對應(yīng)通道依次進行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，發(fā)送給所述計算機。