[發明專利]非接觸式熱聲成像方法與裝置

有效

• 申請號: 201911084029.1
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN112782279B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 覃歡;王浩浩;邢達
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/24;G01N22/00;A61B5/0507;A61B5/00
• 代理公司: 廣州海藻專利代理事務所(普通合伙) 44386
• 代理人: 張大保

本發明提出一種非接觸式熱聲成像方法與裝置，該方法包括：脈寬為500ns、頻率為6G的微波源作為激發源，短脈沖微波經波導輸出后輻射到樣品上，樣品被電磁波照射吸收能量瞬間產生微小的溫升，導致熱膨脹效應，激發出屬于超聲波范圍的熱聲信號，被激發的超聲信號攜帶著被照射樣品電磁波吸收特性的信息并透過樣品向外傳播，通過采集組織周圍的超聲信號，利用濾波反投影算法進行圖像重建可實現重建樣品內部的微波吸收分布圖。傳統的接收熱聲信號方法是利用超聲換能器的壓電原理，屬于超聲波范圍的熱聲信號從樣品中傳出，經油耦合，再由超聲換能器接收，而本發明中提出的是一種光學方法檢測超聲信號，是一種空氣耦合的、非接觸式的熱聲成像方法與裝置。

技術領域

本發明屬于微波熱聲成像技術領域，具體涉及一種非接觸式熱聲成像方法與裝置。

背景技術

熱聲成像技術是一種利用脈沖微波照射生物組織來激發熱聲信號的斷層成像技術，具有高對比度、高分辨率和深成像深度，是一種具有良好應用前景的新型無損檢測技術。

傳統的熱聲成像技術在樣品與探測器之間需要耦合介質，通常為礦物油，這就需要將被測物體完全浸入礦物油中，不僅限制了實驗條件，導致裝置結構復雜大型，還可能對生物組織造成二次傷害，極大地阻礙了熱聲成像技術面向臨床應用的發展。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有方法的不足，提出一種新的檢測超聲波的方法，該方法是用法布里珀羅標準具作為超聲探頭、利用光學的方法檢測超聲波；該超聲探頭探測部位由兩塊反射鏡組成；該超聲探頭的有效探測窗口尺寸為5mm*3.5mm；該超聲探頭屬于無膜超聲探測器；該超聲探頭與被測樣品間不需要耦合介質，即該探頭達到了非接觸檢測超聲波的效果。

本發明的另一方面在于提供了一種非接觸式熱聲成像裝置。

（1）脈沖序列發生器觸發微波源發出短脈沖微波，重復頻率為10Hz；

（2）微波照射到樣品上，樣品受熱膨脹，產生熱聲信號；

（3）熱聲信號由非接觸式超聲探頭檢測，經過信號放大器放大然后被高速數字采集卡采集并保存至計算機。完成一次采集后，Labview程序控制X-Y二維掃描平臺移動一個點，進行下一次數據采集。

（4）運用數據處理程序，重建處樣品的微波吸收分布圖，即熱聲圖像。

本發明提供了一種非接觸式的具有高成像對比度、成像深度的成像方法。脈寬為500ns、頻率為6G的微波源作為激發源，短脈沖微波經波導輸出后輻射到樣品上，樣品被電磁波照射吸收能量瞬間產生微小的溫升，導致熱膨脹效應，激發出屬于超聲波范圍的熱聲信號，被激發的超聲信號攜帶著被照射樣品電磁波吸收特性的信息并透過樣品向外傳播，兩塊不可移動的反射鏡構成的法布里珀羅標準具作為超聲探測器，來檢測超聲波，通過采集組織周圍的超聲信號，高速數字采集卡采集存儲超聲信號，每采集到一個信號后，X-Y二維掃描平臺帶動超聲探測器移動到下一個點進行采集，直到完成所有區域的信號采集，利用濾波反投影算法進行數據處理，可實現重建樣品內部的微波吸收分布圖，即完成了非接觸式熱聲成像。

所述裝置還包括儀器固定/支撐器械組件，所述儀器固定/支撐器械組件用于固定步進電機X-Y二維掃描平臺、超聲探頭。

所述的信號放大器額定電壓為15V，50dB增益，頻率使用范圍為30kH至600MHz。

所述微波發生器發出的微波主頻為6GHz，脈沖寬度為500ns,重復頻率為10HZ。

所述的高速數字采集卡采樣率為50MS/s

所述計算機上的采集控制程序、步進電機控制程序和是基于Labview軟件控制的實時采集系統，并且能夠將被激發區域與其數據一一對應，數據處理程序是由Matlab軟件運行。

所述高速數字采集卡的采樣率為50MS/s。