光声定量弹性成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光声定量弹性成像方法及装置，所述方法包括：激光器发出脉冲激光，该脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在组织样品上，激发出光声信号，光声信号经过耦合槽的耦合液后被超声探测器接收；超声探测器接收的光声信号经放大器放大后，被示波器采集，将信号信息存储到计算机中，计算机控制步进电机逐点移动组织样品，对应的组织样品上形成X-Y二维平面扫描区域；示波器采集完全部信号后，计算机计算各点的组织样品定量弹性模量；根据计算的定量弹性模量，重建出组织样品的定量弹性二维图像；所述装置包括光声激发源、信号采集/传输/重建组件、耦合槽、步进电机和X-Y二维扫描平台。本发明专利技术可以实现无损、高分辨的组织弹性定量测量和成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种弹性成像方法及装置，尤其是一种光声定量弹性成像方法及装 置，属于生物医学检测

技术介绍
组织的病理变化往往伴随其机械性质特别是弹性模量的变化，因此可以通过分析 组织的物理参数实现组织的病变检测。目前，通过检测组织的弹性预测组织疾病的方法已 经被医生及影像学研究者广泛地接收，如利用超声弹性检测的方法实现无损肝硬化的检测 方法已经应用于临床疾病的参数检测。 现有的定量弹性检测方法主要为静态超声弹性检测和超声剪切波弹性成像。静态 超声弹性检测方法采用静态或准静态的组织激励方法，人为利用已知大小的力挤压组织是 组织产生形变，利用超声成像获得组织中的位移大小，根据弹性模量等于（力/位移大小）， 可以获得定量弹性模量。该方法的缺点是，将组织建模为纯弹性体，忽略组织具有粘弹性质 的事实，不可避免的会导致测量结果不准确。同时该方法中施加在组织上的力在组织中的 分布受到组织样品形状及激励手段的影响，导致测量结果与真实值偏差较大。超声剪切波 弹性成像利用聚焦超声在焦点处引起的非线性效应激励剪切波，通过测量剪切波在组织中 的传播速度获得组织的弹性模量。该方法主要应用于如乳腺及甲状腺等大组织器官的弹性 检测，存在激发效率较低对小病灶区检测不准确等缺点，且聚焦区域能量过高导致温度升 高对生物组织造成损伤或者探测区域生理性质的改变不可避免。同时。目前的弹性定量检 测和成像主要能够在大器官能够实现，对于血管疾病的弹性成像还停留在成像应变图而无 法实现定量弹性成像的程度。本文提出的组织弹性模量的光声定量测量与成像方法能够实 现无损小病灶区的定量弹性测量和成像，与已有弹性测量和成像技术相比具有无法比拟的 优越性。 目前，利用光声方法检测组织弹性在我国已有报道，如2011年9月7日公开的专利技术 专利:光声弹性成像方法与装置，申请人:华南师范大学，申请日：2011年1月14日，【申请号】 201110008213.5,其采用了强度调制的连续光源激发产生光声信号，通过测量该信号与调 制信号之间的相位差并逐点扫描可以重建出检测组织样品的弹性分布图像。但在上述方法 中，未能够实现组织弹性模量的定量测量，也就是不能获得弹性模量的绝对值，只能提供相 对值，降低了该方法在实际应用中测量结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种光声定量弹性成像方 法，该方法可以实现无损、高分辨的组织弹性定量测量和成像。 本专利技术的另一目的在于提供一种实现上述方法的光声定量弹性成像装置。 本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到： 光声定量弹性成像方法，所述方法包括以下步骤： 1)将组织样品放置在X-Y二维扫描平台上，并浸没在耦合槽的耦合液中；将聚焦透 镜设置在组织样品正上方，并调整聚焦透镜的高度使聚焦透镜的焦点不偏离组织样品表 面;将超声探测器对准组织样品，并使超声探测器的下端进入耦合槽的耦合液中； 2)激光器发出脉冲激光，该脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在组织样品上，激发出 光声信号，光声信号经过耦合槽的耦合液后被超声探测器接收； 3)超声探测器接收的光声信号经放大器放大后，被示波器采集，示波器将采集的 信号信息存储到计算机中，计算机控制步进电机逐点移动组织样品，对应的组织样品上形 成Χ-Υ二维平面扫描区域，步进电机每移动一次，示波器就进行一次信号采集； 4)示波器采集完全部信号后，计算机将各点的信号对时间进行一次积分，得到组 织样品表面振动位移的时间函数;获取组织样品表面振动位移从零上升至其最大值时所需 时间，利用该时间计算各点的组织样品定量弹性模量;根据计算的定量弹性模量，重建出组 织样品的定量弹性二维图像。 作为一种优选方案，步骤1)中，所述使超声探测器的下端进入耦合槽的耦合液中 具体为:使超声探测器的下端进入耦合槽的耦合液深度5-8mm处。 作为一种优选方案，步骤3)中，所述计算机控制步进电机逐点移动组织样品是指： 计算机利用Labview程序控制步进电机逐点移动组织样品；步骤4)中，所述计算机将各点的 信号对时间进行一次积分是指:计算机利用Matlab程序将各点的信号对时间进行一次积 分。 作为一种优选方案，步骤4)中，所述计算各点的组织样品定量弹性模量，采用下 式： 其中，p为生物组织密度，R为激光光斑半径，tmax为组织样品表面振动位移从零上 升至其最大值时所需时间。 本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：光声定量弹性成像装置，所述装置包括光声激发源、信号采集/传输/重建组件、耦 合槽、步进电机和X-Y二维扫描平台，所述光声激发源包括激光器和聚焦透镜;所述信号采 集/传输/重建组件包括超声探测器、放大器、示波器和计算机，所述超声探测器、放大器、示 波器和计算机依次相连，所述计算机安装有采集控制及信号处理系统;所述步进电机与计 算机相连，所述X-Y二维扫描平台放置在耦合槽中，所述耦合槽中充满耦合液； 测试时，组织样品放置在X-Y二维扫描平台上，并浸没在耦合槽的耦合液中；所述 聚焦透镜设置在组织样品正上方，且聚焦透镜的焦点不偏离组织样品表面，所述激光器发 出的脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在组织样品上;所述超声探测器对准组织样品，且超声 探测器的下端进入耦合槽的耦合液中，接收组织样品被激发出的光声信号;所述计算机控 制步进电机逐点移动组织样品。 作为一种优选方案，所述装置还包括仪器固定/支撑器械组件，所述仪器固定/支 撑器械组件用于固定/支撑X-Y二维扫描平台、聚焦透镜以及超声探测器。 作为一种优选方案，所述超声探测器为水听器，其响应频率为200KHZ-15MHZ，直径 为1_;超声探测器的压电转换部件是一厚度为28μπι的金电极聚偏二氟乙烯膜，接收光声信 号时，该金电极聚偏二氟乙烯膜对准组织样品。作为一种优选方案，所述示波器的采样率为2.5GHz，所述计算机安装的采集控制 及信号处理系统利用Labview和Matlab程序编写而成。 作为一种优选方案，所述激光器发出的脉冲激光波长为400~2500nm，脉冲宽度为 1~50ns，重复频率为1Hz~5KHz。 作为一种优选方案，所述耦合槽中的耦合液为水，监测水温，使水温与组织样品的 温度保持一致。 本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果： 1、本专利技术将示波器采集的信号对时间进行一次积分，得到组织样品表面振动位移 的时间函数，获取组织样品表面振动位移从零上升至其最大值时所需时间，利用该时间计 算组织定量弹性模量，与已有的相对弹性测量的方法相比，无需正常组织作为参考，具有更 高的准确性。 2、本专利技术利用激光器发出脉冲激光，该脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在组织样 品上，激发出光声信号，从而进行进行组织弹性检测，与传统的超声弹性检测方法相比，具 有组织特异性和高分辨能力。 3、本专利技术采用的超声探测器为水听器，其响应频率为200KHz-15MHz，直径为1mm， 具有探测灵敏度高、无带宽限制的优点，从而保证了高灵敏检测的能力。 4、本专利技术的光声定量弹性检测的方法具备快速检测的能力，实现该方法的装置结 构简单、使用方便，可以广泛应用于组织的弹性成像中，便于产业化。【附图说明】 图1为本专利技术实施例1的光声定量弹性成像装置的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
光声定量弹性成像方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)将组织样品放置在X‑Y二维扫描平台上，并浸没在耦合槽的耦合液中；将聚焦透镜设置在组织样品正上方，并调整聚焦透镜的高度使聚焦透镜的焦点不偏离组织样品表面；将超声探测器对准组织样品，并使超声探测器的下端进入耦合槽的耦合液中；2)激光器发出脉冲激光，该脉冲激光通过聚焦透镜聚焦，照在组织样品上，激发出光声信号，光声信号经过耦合槽的耦合液后被超声探测器接收；3)超声探测器接收的光声信号经放大器放大后，被示波器采集，示波器将采集的信号信息存储到计算机中，计算机控制步进电机逐点移动组织样品，对应的组织样品上形成X‑Y二维平面扫描区域，步进电机每移动一次，示波器就进行一次信号采集；4)示波器采集完全部信号后，计算机将各点的信号对时间进行一次积分，得到组织样品表面振动位移的时间函数；获取组织样品表面振动位移从零上升至其最大值时所需时间，利用该时间计算各点的组织样品定量弹性模量；根据计算的定量弹性模量，重建出组织样品的定量弹性二维图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思华，杨芬，石玉娇，邢达，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44