[發(fā)明專利]一種掌上光聲成像裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011464661.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112603263B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊思華;余兆;熊科迪
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B8/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，包括：光源驅(qū)動電路、光源陣列、光學(xué)整形系統(tǒng)、超聲探測陣列、信號放大電路、信號采集電路、微處理器ARM單元、圖像顯示電路、無線傳輸電路、同步觸發(fā)電路和電源；所述光源驅(qū)動電路、光源陣列和光學(xué)整形系統(tǒng)順序連接；所述超聲探測陣列、信號放大電路、信號采集電路和微處理器ARM單元順序連接；所述微處理器ARM單元分別與圖像顯示電路、無線傳輸電路相連；所述同步觸發(fā)電路分別與光源驅(qū)動電路、信號采集電路相連；所述電源分別與光源驅(qū)動電路、同步觸發(fā)電路、信號放大電路、信號采集電路、微處理器ARM單元、圖像顯示電路和無線傳輸電路相連；

所述光源驅(qū)動電路，用于給光源陣列提供驅(qū)動電流，控制光源陣列的脈沖激發(fā)；所述光源驅(qū)動電路中驅(qū)動電流的脈沖寬度范圍為10ns-500ns，脈沖電壓重復(fù)頻率范圍為1KHz-6KHz、電流大小范圍為20A-100A；

所述光源陣列，用于作為光聲信號的激發(fā)光源，激發(fā)成像物體產(chǎn)生光聲信號；所述的光源陣列由多個大功率單色LED/LD組成，所述LED/LD成線性排列，LED/LD通過串聯(lián)方式連接，所述光源陣列分布在所述超聲探測陣列的兩側(cè)；

所述光學(xué)整形系統(tǒng)，用于對光源陣列發(fā)射出的散射光斑整形和聚焦；所述光學(xué)整形系統(tǒng)包括全反射式透鏡和凸透鏡；所述光源陣列位于全反射式透鏡的焦點處；所述全反射式透鏡將光源陣列散射光準直成平行光；所述凸透鏡位于全反射式透鏡正前方，用于將平行光聚焦成線性光；所述線性光的光斑尺寸大小與所述超聲探測陣列的探測范圍相匹配；

所述超聲探測陣列，用于捕捉成像物體所激發(fā)的光聲信號，并將光聲信號轉(zhuǎn)化成模擬的電信號；

所述信號放大電路，用于對模擬的電信號進一步放大；

所述信號采集電路，用于對放大后的模擬信號進行多路并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換和存儲；

所述微處理器ARM單元，用于對存儲的數(shù)據(jù)進行處理和圖像重建；

所述圖像顯示電路，用于在微處理器ARM單元的控制下將重建后的圖像數(shù)據(jù)進行顯示，形成實時的圖像；微處理器ARM單元通過調(diào)用存儲的光聲數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行濾波、平均的處理，通過成像算法對數(shù)據(jù)進行圖像重建；所述的微處理器ARM單元通過LCD顯示屏中的LCD的控制器將數(shù)據(jù)傳輸給LCD驅(qū)動器；所述LCD驅(qū)動器控制每個像素點的液晶分子，形成最終的圖像；

所述無線傳輸電路，用于將重建后的圖像通過無線的方式進行傳輸給具有無線接收功能的計算機；

所述同步觸發(fā)電路，用于并行提供光源驅(qū)動電路和信號采集電路的同步觸發(fā)信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，照射疊加形成長度為24.5mm，寬度為6mm的矩形疊加光場。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，所述超聲探測陣列包括128陣元的線性陣列，中心頻率為7.5MHz，位于兩個光源陣列之間；所述超聲探測陣列位于探頭部分的正中央，探測范圍是一個長度為24.5mm，寬度為6mm的矩形；所述光源陣列產(chǎn)生的疊加光場在超聲探測陣列的正前方。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，所述的信號采集電路由現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA控制，用于對多路并行輸入的模擬數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，并將數(shù)據(jù)存儲。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，所述的無線傳輸電路把圖像重建后的數(shù)據(jù)由SPI接口傳輸?shù)絎i-Fi發(fā)射端；所述Wi-Fi發(fā)射端用于將數(shù)據(jù)發(fā)送上傳到計算機。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種掌上光聲成像裝置，其特征在于，所述的電源容量為5000mAH，功率為42W，其形狀為長90mm，寬50mm，高25mm的長方體。

7.一種基于權(quán)利要求1-6中任意一項所述裝置的掌上光聲成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過光源陣列出射的脈沖光激發(fā)成像物體，通過熱彈效應(yīng)，激發(fā)光聲信號；

通過超聲探測陣列采集所述成像物體產(chǎn)生的光聲信號，并將光聲信號轉(zhuǎn)化為模擬電信號；

通過信號放大電路對所述超聲探測陣列輸出的模擬電信號進行進一步放大；

通過信號采集電路對所述放大后的模擬信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將其存儲；

通過微處理器ARM單元對所述存儲的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理和圖像重建，得到反映成像物體中不同物質(zhì)對激發(fā)光特異性吸收的光聲圖像，并通過LCD顯示屏實時顯示；

將所述圖像重建后的圖像數(shù)據(jù)通過無線傳輸電路傳輸給計算機。