[發(fā)明專利]一種光聲成像系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110986522.3
• 申請(qǐng)日: 2021-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN113552071A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋有建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N29/06;G01N29/24
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 蔡舒野

本發(fā)明公開了一種光聲成像系統(tǒng)，包括光學(xué)頻率梳模塊、合束分束模塊、平衡探測模塊、斬波模塊、光聲樣品池、超聲探測模塊、控制掃描模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)處理與成像模塊；光學(xué)頻率梳模塊產(chǎn)生兩個(gè)重復(fù)頻率不同的激光信號(hào)；合束分束模塊對(duì)激光信號(hào)進(jìn)行合束分束形成探測激光信號(hào)和參考激光信號(hào)；平衡探測模塊對(duì)參考激光信號(hào)進(jìn)行平衡探測后得到第一電信號(hào)；斬波模塊提取探測激光信號(hào)中的干涉信號(hào)作為激發(fā)脈沖信號(hào)并入射至光聲樣品池中產(chǎn)生光聲信號(hào)；超聲探測模塊將光聲信號(hào)換能后得到第二電信號(hào)；數(shù)據(jù)采集處理模塊采集第一電信號(hào)和第二電信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)與成像處理模塊對(duì)待探測物成像。結(jié)合雙光梳光譜技術(shù)與光聲成像技術(shù)，成像速度和效率高成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及光聲成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光聲成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光聲成像是一種基于光聲效應(yīng)的以超聲為載體的生物光學(xué)功能成像技術(shù)。當(dāng)脈沖激光照射被測物體時(shí)，被照射的區(qū)域吸收光能，引起絕熱膨脹產(chǎn)生超聲信號(hào)，即光聲信號(hào)。當(dāng)采用強(qiáng)度調(diào)制連續(xù)激光作為激勵(lì)源時(shí)，光聲信號(hào)的頻率與照射光的調(diào)制頻率相同，其強(qiáng)度和相位則取決于物質(zhì)的光學(xué)、熱學(xué)、彈性和幾何特征，因此光聲信號(hào)的特征體現(xiàn)了被照射物質(zhì)的形貌、吸收分布等特征。光聲成像正是通過檢測光聲效應(yīng)產(chǎn)生的光聲信號(hào)，從而反演成像區(qū)域內(nèi)部物質(zhì)的光學(xué)特性，并重構(gòu)光照射區(qū)域的內(nèi)部圖像。

光聲成像技術(shù)可以從多方面分類。根據(jù)激發(fā)光源的調(diào)制方式，可以將光聲成像分為時(shí)域光聲成像和頻域光聲成像。時(shí)域光聲成像采用短脈沖激光器激發(fā)光聲信號(hào)。頻域光聲成像則采用強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)光激光器。根據(jù)探測器的耦合方式，分為接觸式光聲成像及非接觸式光聲成像，接觸式光聲利用超聲耦合劑幫助光聲信號(hào)傳導(dǎo)至超聲換能器中，非接觸式光聲采用空氣耦合或間接測量(壓力或位移測量)方式。根據(jù)被測目標(biāo)體尺度結(jié)構(gòu)及空間分辨率結(jié)構(gòu)，通常分為光聲層析成像、光聲顯微成像、光聲內(nèi)窺成像。為了對(duì)不同被測物體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈敏度的最優(yōu)化，光聲顯微發(fā)展出透射式和反射式兩種測量模式。反射模式中激發(fā)光與超聲探測器位于被測物體同側(cè)，透射模式則位于異側(cè)，兩者均通過光路或者探測設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)光-聲共聚焦。典型的透射式光聲顯微成像與反射式光聲顯微成像如圖1和圖2所示，其中1為光學(xué)聚焦物鏡、2為被測物體、3為超聲探測器、4為光聲耦合棱鏡。透射式光聲顯微成像使用高數(shù)值孔徑的物鏡將激光聚焦，達(dá)到微米至亞微米尺寸的成像分辨率，但是工作距離會(huì)隨著數(shù)值孔徑的增大而減小，將聚焦物鏡與超聲探測器分別置于樣本兩側(cè)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，這種方式只能對(duì)薄層樣品進(jìn)行成像。反射式光聲顯微成像采用光聲耦合棱鏡將超聲探測裝置和激光聚焦裝置配置在樣品同側(cè)，需要使用工作距離更長的物鏡，分辨率可達(dá)到微米量級(jí)，適用于不同厚度樣品成像及在體成像。

然而傳統(tǒng)光源在單次成像過程中只能采用單一波長的激光進(jìn)行成像，如果需要更換激發(fā)光的波長須更換不同波長激光器，或使用具有一定時(shí)延的少數(shù)波長同頻激光器少數(shù)個(gè)具有一定時(shí)間延時(shí)的不同波長的激光器實(shí)現(xiàn)多波長探測，因此成像速度受到切換波長的限制，并且成像成本高昂，效率大大受限。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光聲成像系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中光聲成像成本高、成像速度慢和成像效率低的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光聲成像系統(tǒng)，包括光學(xué)頻率梳模塊、合束分束模塊、平衡探測模塊、斬波模塊、光聲樣品池、超聲探測模塊、控制掃描模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)處理與成像模塊；

所述光學(xué)頻率梳模塊用于產(chǎn)生第一出射激光信號(hào)和第二出射激光信號(hào)，所述第一出射激光信號(hào)和所述第二出射激光信號(hào)的重復(fù)頻率不同；

所述合束分束模塊位于所述第一出射激光信號(hào)和所述第二出射激光信號(hào)的傳播路徑上，用于對(duì)所述第一出射激光信號(hào)和所述第二出射激光信號(hào)進(jìn)行合束形成干涉激光信號(hào)，并將所述干涉激光信號(hào)分束形成探測激光信號(hào)和參考激光信號(hào)；

所述平衡探測模塊位于所述參考激光信號(hào)的傳播路徑上，用于對(duì)所述參考激光信號(hào)進(jìn)行平衡探測后得到第一電信號(hào)；

所述斬波模塊位于所述探測激光信號(hào)的傳輸路徑上，用于提取所述探測激光信號(hào)中的干涉信號(hào)作為激發(fā)脈沖信號(hào)；