專利名稱：脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光聲掃描成像方法與裝置，可用于大塊軟組織，如婦女 乳腺、新生兒大腦等的功能成像，屬于當代新興的交叉學科——生物醫學光學， 涉及光學、聲學、電子信息、計算機技術以及醫學等領域
背景技術：
乳腺癌是世界范圍內威脅女性健康的一大頑疾。如果能早期診斷可大大提 高患者的生存機會，因此發展具有早期檢測能力的乳腺成像技術將有助于乳腺 癌的診斷和治療。另外，如何地客觀評價新生兒腦氧合、血流動力學、腦反應 的改變等，以便及時發現并治療腦組織缺氧，已成為臨床迫切需要解決的問題。 這些都需要發展新型的軟組織功能成像的方法和裝置。光聲成像技術被認為是 一種有前景的軟組織成像新技術。該技術的原理是通過檢測脈沖光激勵下的超 聲信號來反映組織體中光能量吸收的差異。由于超聲在軟組織內的散射可忽略， 所以光聲成像技術繼承了超聲成像在成像深度和分辨率方面的優勢。另一方面， 光聲成像的圖像差異來源于組織體光學吸收的不同，所以該技術保留了光學成 像在功能性和靈敏性方面的優點。光聲成像技術具備光學成像和超聲成像各自 的優勢，可實現對較大塊軟組織體(如乳腺、腦等)的高分辨率、高對比度的
功能成像。已有多種實現光聲成像的方案，主要差別在于得到功能圖像的技術
方法上。
發明內容
本發明的目的在于克服現有各類方法的不足，如得到圖像的掃描方式復 雜、取圖時間較長等，以提供一種可用于判斷較大塊軟組織功能結構的脈沖光 聲掃描層析成像方法與裝置。
本發明的技術方法，核心在于從具有縱向長焦區的超聲換能器接收到的時 間分辨信號推算出組織體在換能器軸向上的光能量吸收分布。由于光速遠大于 組織體中的聲速，所以樣品中吸收體產生的光聲信號基本可以看成是同時被激 發的。而不同位置的吸收體與換能器的距離不同，因此其產生的光聲信號會經 過不同的時間延遲后被換能器接收。因此，由光聲信號傳播時間便可確定目標 吸收體的位置；另外，光聲信號的幅值與目標吸收體的光能量吸收程度直接相 關，因此從光聲信號的幅度值就可以了解目標吸收體的光能量吸收情況。然后， 使超聲換能器進行橫向平面的掃描，經過組合縱橫向的的信號便可得到完整的 三維的光聲圖像。在圖像空間分辨率方面，提高換能器的工作頻率可壓縮焦斑 寬度，這雖可直接提高橫向分辨率，但受到技術上的限制，如探測深度以及 信號信噪比的約束，本發明的另一個核心技術部分是超聲換能器在橫向平面掃 描并結合去巻積快速處理技術，可使橫向分辨率比焦斑寬度小半個數量級，一 般可達到亞毫米級。
為實現本發明的目的采用的技術方案是建立短脈沖激光器、超聲聚焦換 能器、數字示波器、掃描系統、超聲脈沖接收儀及電腦構成；其中電腦分別與 掃描系統、數字示波器、超聲脈沖接收儀連接；激光器發出短脈沖激光后照射 于待測樣品形成光信號，另一方面超聲脈沖發出超聲信號反饋到電腦上，電腦 進行信號檢測后，驅動掃描系統中聚焦換能器的二維掃描；如此便可完成整個 樣品光能量吸收的三維分布數據的采集。
本發明所述的短脈沖光源來源于調Q Nd:YAG激光器，其脈寬為10ns，重 復頻率10Hz，輸出波長532nm;也可以使用其它類型和波長的脈沖激光器作為 光源；
本發明所述的聚焦換能器為水浸式超聲聚焦換能器，具有較寬的頻譜、長 焦區以及較好的縱向分辨和信噪比；
本發明所述的超聲脈沖接收儀具有放大信號的作用并可由電腦控制； 本發明所述的示波器為數字常規通用型示波器；
本發明所述的掃描系統由一組二維電控平移臺和一臺位移器控制箱組成
的，通過RS232總線與電腦連接并由電腦控制。
利用本發明所述的方法和裝置，可實現快速對大塊軟組織樣品的吸收體的 位置、尺寸以及光能量沉積情況準確的成像。在縱向探測上，利用具有長焦區 的超聲換能器，檢測并解析脈沖光聲時間分辨信號，其分辨率可達0.3mm，探 測深度可達5cm以上；在橫向探測上，由于采用超聲換能器在橫向平面進行二 維掃描并結合去巻積處理技術，實現了橫向分辨率為0.5mm，探測范圍達15X 15 cm2。
圖1是本發明所屬的脈沖式光聲掃描乳腺成像裝置結構示意圖。 圖2是本發明給出的目標吸收體模擬樣品實物照片。 圖3是本發明目標吸收體模擬樣品的光聲圖像。
圖1中，1是短脈沖激光器，2是掃描系統，3是電腦，4是超聲脈沖/接收 儀，5是數字示波器，6是水體，7是超聲聚焦換能器,8是待測樣品，9是毛玻璃。
圖2中，軟組織為脂肪乳，在制作時預埋了頭發絲。
圖3中，反映本發明的方法和裝置能夠直觀且較為準確的反映出大塊模擬 樣品中柱狀吸收體的位置、直徑以及光能量吸收的情況。
具體實施例方式
為了對本發明有進一步的了解，現結合附圖及實施例進行詳細的描述。 短脈沖激光器1發出短脈沖激光經光學系統擴束、均勻化后輻照于待測樣 品8上；待測樣品內吸收體在光脈沖能量激勵下產生的超聲信號，并被浸于水 體6中的聚焦換能器7探測；超聲聚焦換能器7輸出的電信號經設置于超聲脈 沖接收儀4中的放大器放大、濾波后進入數字示波器5;電腦3完成一個位置上 的信號檢測后，電腦3可驅動掃描系統以完成聚焦換能器7的二維掃描，如此 便可完成整個樣品三維的光能量吸收分布數據的采集。
掃描光聲成像系統中的多臺儀器的控制以及后續的圖像處理工作以
LabVIEW8.0為開發環境，使用GPIB接口，通過主程序調用LabVIEW8.0所提
供的儀器驅動程序，主要包括儀器的初始化模塊、管理模塊以及功能控制模塊， 其中，初始化模塊是執行儀器的初始化，自檢，清零等功能；儀器管理模塊是 執行儀器參數或狀態獲得，是否恢復出廠設置等儀器管理操作；功能控制模塊 包括執行對儀器的運行模式、參數設置等功能控制等。
權利要求
1、一種脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征在于建立短脈沖激光器、超聲聚焦換能器、數字示波器、掃描系統、超聲脈沖接收儀及電腦構成；其中電腦分別與掃描系統、數字示波器、超聲脈沖接收儀連接；激光器發出短脈沖激光后照射于待測樣品形成光信號，另一方面超聲脈沖發出超聲信號反饋到電腦上，電腦進行信號檢測后，驅動掃描系統中聚焦換能器的二維掃描。
2、 根據權利要求l所述的脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征 在于短脈沖光源來源于調QNd:YAG激光器，其脈寬為10ns，重復頻率10Hz, 輸出波長532nm。
3、 根據權利要求1所述的脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征 在于所述的超聲聚焦換能器為水浸式具有縱向長焦區的超聲聚焦換能器。
4、 根據權利要求1所述的脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征 在于所述的超聲脈沖接收儀具有放大信號的作用并可由電腦控制。
5、 根據權利要求l所述的脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征 在于所述的本發明所述的示波器為數字通用型示波器。
6、 根據權利要求1所述的脈沖式光聲掃描軟組織成像方法與裝置，其特征 在于所述的掃描系統由一組二維電控平移臺和一臺位移器控制箱組成的，通過 RS232總線與電腦連接并由電腦控制。
全文摘要
本發明涉及一種光聲掃描成像方法與裝置，可用于大塊軟組織的功能成像，屬于新興的交叉學科——生物醫學光學，涉及光學、聲學、電子信息、計算機技術以及醫學等領域。光聲掃描成像裝置由短脈沖激光器、超聲聚焦換能器、數字示波器、掃描系統、超聲脈沖接收儀及電腦所構成；激光器發出的短脈沖激光擴束后照射于待測樣品形成含有位置、吸收程度以及與時間相關的光聲信號，由超聲聚焦換能器接收并經脈沖接收儀放大饋入電腦，經直接處理可得一維縱向結構信息，然后電腦驅動的二維掃描系統使超聲聚焦換能器進行橫向掃描，以完成樣品的三維吸收分布數據的采集，從而實現快速對大塊軟組織中吸收體的位置、尺寸以及光能量吸收情況的準確成像。
文檔編號A61B8/00GK101336832SQ20081007156
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月12日 優先權日2008年8月12日
發明者怡 吳, 徐曉輝, 朱莉莉, 暉 李, 蔡堅勇, 謝樹森 申請人:福建師范大學