非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置及其檢測(cè)方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置及其檢測(cè)方法。該雙成像裝置包括信號(hào)檢測(cè)組件、掃描延遲線組件、掃描頭組件、掃描頭支撐組件和信號(hào)采集/處理組件；信號(hào)檢測(cè)組件、掃描頭組件和掃描頭支撐組件依次連接，信號(hào)檢測(cè)組件分別與掃描延遲線組件、信號(hào)采集/處理組件連接，掃描頭組件和信號(hào)采集/處理組件連接。本發(fā)明專利技術(shù)將光聲成像裝置和光學(xué)相干斷層成像裝置有機(jī)結(jié)合起來，通過檢測(cè)由于光聲信號(hào)導(dǎo)致的生物組織表面的振動(dòng)的位移來達(dá)到檢測(cè)光聲信號(hào)的目的，擺脫了傳統(tǒng)的換能器的帶寬限制缺陷和耦合光聲信號(hào)檢測(cè)的限制，使得光聲成像和光學(xué)相干斷層成像各自成像優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理有效，能夠?yàn)榕R床診斷提供更準(zhǔn)確的信息。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光聲成像
，特別涉及一種。
技術(shù)介紹
當(dāng)用光輻照某種吸收體時(shí)，吸收體吸收光能量而產(chǎn)生溫升，溫度升降引起吸收體的體積脹縮，產(chǎn)生超聲波，這種現(xiàn)象稱為光聲效應(yīng)。光聲效應(yīng)自19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)以來一直受到人們的關(guān)注，其在各個(gè)方面都有不同程度的應(yīng)用。作為一種新型的成像技術(shù)，光聲成像在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。該成像技術(shù)以短脈沖激光作為激勵(lì)源，以及由此激發(fā)的超聲信號(hào)作為信息載體，通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像重建，進(jìn)而得到組織的光吸收分布信息，該技術(shù)融合了純光學(xué)成像技術(shù)的高對(duì)比度和純聲學(xué)成像的高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。光聲成像技術(shù) 不僅能夠有效的刻畫生物組織結(jié)構(gòu)，還能夠精確實(shí)現(xiàn)無損功能成像，為研究生物組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)，生理、病理特征，代謝功能等提供了全新手段，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前旦ο傳統(tǒng)的光聲信號(hào)檢測(cè)工具一般都是超聲換能器，而光聲信號(hào)具有很寬的頻帶，但是傳統(tǒng)超聲換能器受到材料限制，一般頻帶都較窄。寬頻的光聲信號(hào)與頻帶較窄的探測(cè)器形成了不可調(diào)和的矛盾。光學(xué)相干斷層成像利用生物組織對(duì)光的吸收的差異性來實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織的成像，是近年發(fā)展起來的無損光學(xué)成像方法之一，因其優(yōu)異的亞微米分辨率，已經(jīng)在臨床上尤其是在對(duì)眼科疾病的診斷上得到廣泛的應(yīng)用。但是，由于光學(xué)穿透深度的限制，光學(xué)相干斷層成像深度僅限在1_內(nèi)，而光聲成像技術(shù)可以達(dá)到超聲成像的成像深度，因此把兩種成像方法綜合起來是可以實(shí)現(xiàn)兩種成像方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，即在1_內(nèi)用OCT方法進(jìn)行成像，而在1_以外使用光聲成像方法進(jìn)行成像，從而實(shí)現(xiàn)在是不同深度上分辨率的互補(bǔ)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置。本專利技術(shù)的另一目的在于提供運(yùn)用上述非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置的檢測(cè)方法。本專利技術(shù)的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置，包括信號(hào)檢測(cè)組件、掃描延遲線組件、掃描頭組件、掃描頭支撐組件和信號(hào)采集/處理組件；信號(hào)檢測(cè)組件、掃描頭組件和掃描頭支撐組件依次連接，信號(hào)檢測(cè)組件分別與掃描延遲線組件、信號(hào)采集/處理組件連接，掃描頭組件和信號(hào)采集/處理組件連接；所述的信號(hào)檢測(cè)組件包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖耦合器、光纖準(zhǔn)直器A和光電平衡探測(cè)器，寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖耦合器和光纖準(zhǔn)直器A依次連接，光電平衡探測(cè)器分別與光纖環(huán)形器、光纖耦合器連接，光纖耦合器與掃描頭組件連接，光纖準(zhǔn)直器A和掃描延遲線組件連接；所述的寬帶光源優(yōu)選設(shè)置有光纖輸出；所述的光纖耦合器優(yōu)選為2 X 2的光纖耦合器；所述的掃描延遲線組件包括依次連接的雙通鏡、衍射光柵、傅里葉變換透鏡和一維振鏡；雙通鏡與所述的光纖準(zhǔn)直器A連接；所述的雙通鏡、衍射光柵、傅里葉變換透鏡和一維振鏡嚴(yán)格光學(xué)同軸；所述的掃描頭組件包括光纖準(zhǔn)直器B、正透鏡組、二向色鏡和二維掃描振鏡，光纖準(zhǔn)直器B、二向色鏡和二維掃描振鏡依次連接，正透鏡組和二向色鏡連接，光纖準(zhǔn)直器B與 所述的光纖耦合器連接；所述的光纖準(zhǔn)直器、正透鏡組、二向色鏡和二維掃描振鏡嚴(yán)格光學(xué)同軸；所述的掃描頭支撐組件包括平場(chǎng)物鏡、一維平移臺(tái)和掃描頭支撐架；掃描頭組件和一維平移臺(tái)分別設(shè)置于掃描頭支撐架上；所述的一維平移臺(tái)、掃描頭支撐架與掃描頭組件按照合理力學(xué)結(jié)構(gòu)組成整個(gè)非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置的掃描部件；所述的信號(hào)采集/處理組件由光聲激發(fā)源、同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)組成，光聲激發(fā)源、采集卡和計(jì)算機(jī)依次連接，采集卡通過同軸電纜與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)通過采集卡分別與一維振鏡、二維掃描振鏡連接；所述的光聲激發(fā)源、同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)依次電氣連接；所述的計(jì)算機(jī)安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)；所述的采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)優(yōu)選采用Labview和Matlab自行編寫的采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)；運(yùn)用上述非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟(I)把樣品置于一維平移臺(tái)上,掃描頭組件置于樣品表面的正上方，并使掃描頭組件的光軸處于鉛直方向；(2)在樣品表面涂抹礦物油,光聲激發(fā)光源和寬帶光源通過二向色鏡合為一束光后，依次經(jīng)過二維掃描振鏡和平場(chǎng)物鏡照射到樣品表面，調(diào)節(jié)正透鏡組和一維平移臺(tái)使得光聲激發(fā)光聚焦于樣品的表面，使光聲信號(hào)檢測(cè)光聚焦于油層的表面；(3)使光聲激發(fā)光照射到樣品上，樣品吸收光能后產(chǎn)生光聲信號(hào)，光聲信號(hào)引起樣品表面的振動(dòng)；樣品表面的振動(dòng)使得油滴表面也發(fā)生振動(dòng)，聚焦在油滴表面的光聲檢測(cè)光反射回到光纖耦合器內(nèi)與掃描延遲線反射回去的光發(fā)生干涉，通過光電平衡探測(cè)器檢測(cè)干涉后的信號(hào)為油滴表面的振動(dòng)信號(hào)(即光聲信號(hào)導(dǎo)致樣品表面振動(dòng)的信號(hào))，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一階求導(dǎo)得到樣品的光聲信號(hào)；(4)使寬帶光源(即光纖檢測(cè)光源)通過掃描頭組件照射到樣品上，并調(diào)節(jié)掃描延遲線組件使寬帶光源在縱向上實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的掃描，掃描完一個(gè)點(diǎn)后掃描延遲線的一維振鏡回到原來位置上；寬帶光源照射到樣品上，由于不同的組織對(duì)光的吸收和散射不同，部分光會(huì)沿原路返回到光纖耦合器內(nèi)，與掃描延遲線反射回去的光發(fā)生干涉，通過光電平衡探測(cè)器檢測(cè)干涉后的信號(hào)為一個(gè)樣品點(diǎn)的相干信號(hào)；(5)改變二維掃描振鏡X、Y軸的各自偏角使光聲激發(fā)光和寬帶光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)，重新進(jìn)行光聲成像和光學(xué)相干斷層成像，二維掃描振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)米集；(6)采集完全部信號(hào)后，通過最大值投影重建出組織樣品的光聲和光學(xué)相干斷層二維圖像及三維圖像；步驟(2)中所述的礦物油的厚度優(yōu)選為O. 5 I. 5mm ;所述的光聲激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)為400 2500nm，脈寬為I 50ns，重復(fù)頻率為IHz 50kHz ；所述的寬帶光源的波長(zhǎng)為800 1600nm，帶寬為40 120nm ；優(yōu)選的，所述的光聲激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)為532nm，脈寬為4ns，重復(fù)頻率為 20Hz ；優(yōu)選的，所述的寬帶光源的波長(zhǎng)為1310nm，帶寬為45nm ；所述三維圖像的建立方法優(yōu)選采用以下方法進(jìn)行對(duì)所有的光聲信號(hào)和光學(xué)相干斷層信號(hào)取相同時(shí)間長(zhǎng)度并作縱切面投影，將投影后得到的光聲圖像和光學(xué)相干斷層圖像在三維重建軟件volview3. 2上重建三維圖像，在三維重建軟件中旋轉(zhuǎn)整個(gè)三維圖像得到任意視角的三維圖像。本專利技術(shù)的作用原理是光聲激發(fā)光源產(chǎn)生脈沖激光，通過平場(chǎng)物鏡聚焦到樣品上，樣品產(chǎn)生光聲信號(hào)，光聲信號(hào)會(huì)引起樣品表面的振動(dòng)，樣品表面的振動(dòng)使得油滴表面也發(fā)生振動(dòng)，聚焦在油滴表面的光聲檢測(cè)光反射回到光纖耦合器內(nèi)與參考臂發(fā)生干涉，通過光電平衡探測(cè)器檢測(cè)干涉后的信號(hào)為油滴表面的振動(dòng)信號(hào)，即光聲信號(hào)導(dǎo)致樣品表面振動(dòng)的信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一階求導(dǎo)得到樣品的光聲壓信號(hào)；得到一個(gè)光聲壓信號(hào)后，開始采集光學(xué)相干斷層信號(hào)，即寬帶光源照射到樣品上，由于樣品內(nèi)的各部分對(duì)光的吸收和散射不同，部分光會(huì)沿原路返回到光纖耦合器內(nèi)與掃描延遲線反射回去的光發(fā)生干涉，通過光電平衡探測(cè)器檢測(cè)干涉后的信號(hào)為一個(gè)樣品點(diǎn)的相干信號(hào)；然后改變二維掃描振鏡X、Y軸的各自偏角使光聲激發(fā)光和寬帶光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)，重新進(jìn)行光聲成像和光學(xué)相干斷層成像，二維掃描振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。采集完全部信號(hào)后，通過最大值投影重建出組織樣品的光聲和光學(xué)相干斷層二維圖像及三維圖像。本專利技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)本專利技術(shù)采用寬帶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種非接觸式光聲和光學(xué)相干斷層雙成像裝置，其特征在于包括信號(hào)檢測(cè)組件、掃描延遲線組件、掃描頭組件、掃描頭支撐組件和信號(hào)采集/處理組件；信號(hào)檢測(cè)組件、掃描頭組件和掃描頭支撐組件依次連接，信號(hào)檢測(cè)組件分別與掃描延遲線組件、信號(hào)采集/處理組件連接，掃描頭組件和信號(hào)采集/處理組件連接；所述的信號(hào)檢測(cè)組件包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖耦合器、光纖準(zhǔn)直器A和光電平衡探測(cè)器，寬帶光源、光纖環(huán)形器、光纖耦合器和光纖準(zhǔn)直器A依次連接，光電平衡探測(cè)器分別與光纖環(huán)形器、光纖耦合器連接，光纖耦合器與掃描頭組件連接，光纖準(zhǔn)直器A和掃描延遲線組件連接；所述的掃描延遲線組件包括依次連接的雙通鏡、衍射光柵、傅里葉變換透鏡和一維振鏡；雙通鏡與所述的光纖準(zhǔn)直器A連接；所述的掃描頭組件包括光纖準(zhǔn)直器B、正透鏡組、二向色鏡和二維掃描振鏡，光纖準(zhǔn)直器B、二向色鏡和二維掃描振鏡依次連接，正透鏡組和二向色鏡連接，光纖準(zhǔn)直器B與所述的光纖耦合器連接；所述的掃描頭支撐組件包括平場(chǎng)物鏡、一維平移臺(tái)和掃描頭支撐架；掃描頭組件和一維平移臺(tái)分別設(shè)置于掃描頭支撐架上；所述的信號(hào)采集/處理組件由光聲激發(fā)源、同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)組成，光聲激發(fā)源、采集卡和計(jì)算機(jī)依次連接，采集卡通過同軸電纜與計(jì)算機(jī)連接；計(jì)算機(jī)通過采集卡分別與一維振鏡、二維掃描振鏡連接。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邢達(dá)，陳重江，楊思華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華南師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：