一种暗场照明声学分辨率光声显微装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，属于医学成像技术领域。所述装置的光声耦合模块用于将光源及传输模块输出的脉冲激光会聚，控制模块用于将光源及传输模块输出的电脉冲作为同步信号控制三维位移模块，以驱动光声耦合模块通过输出脉冲激光对成像目标进行二维栅格扫描，重建模块用于根据超声信号收发模块采集的光声信号重建成像目标的三维图像。本发明专利技术通过光声耦合模块提高脉冲激光的光聚焦度，以提高入射到组织表面的脉冲光能量密度，从而降低了对单脉冲能量的要求，进而提高了灵活性及降低成本，并且对单脉冲能量要求的减小也能够增加激光脉冲的输出频率，以使成像速度增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，属于医学成像

技术介绍
声学分辨率光声显微镜是光声成像技术应用的一个重要分支。通过其获得的图像能够在取得超声成像深度和分辨率的同时，还拥有极好的光学吸收对比度。声学分辨率光声显微镜的原理是利用超短脉冲激光照射组织中的内源或外源吸收体在吸收光能时产生热弹效应，从而激发出超声波，即光声信号。检测一个激光脉冲激发出的光声信号，通过分辨光声信号之间的时间间隔，可以得到图像的深度信息，再进行二维栅格扫描即可得到三维图像信息。超短脉冲激光的脉宽需要满足压力弛豫和热弛豫两个时间限制，即在光声信号产生时吸收体内的压力和温度还来不及向外传播。声学分辨率光声显微镜为了消除目标表面强光声信号对目标深层光声信号的遮掩，通常选用暗场照明方式，即暗场照明声学分辨率光声显微镜。暗场照明是指光照射在目标表面是一个圆环，而不是一个圆斑。现有的暗场照明声学分辨率光声显微镜主要包括两种方式：一种方式是将光纤出射光经锥透镜后形成发散环形光束，然后由一个去顶的锥状反射镜将环形光束聚焦在目标上；另一种方式是将空间自由光经锥透镜后出射环形光，然后由一个去顶的锥状聚光镜对环形光聚焦，聚光镜中心钻孔放置超声换能器。但是，现有的两种暗场照明声学分辨率光声显微镜在系统的灵活性与可用能量之间存在不可避免的矛盾。使用光纤传光可以提高系统的灵活度，但由于光纤承受能量有限导致系统可用的激光能量受限。而通常所用的大功率纳秒脉冲激光器价格昂贵，选择光纤传光无法发挥出其全部性能，造成了不必要的浪费。若不使用光纤，选择自由空间传光时，虽然可以发挥出大功率纳秒脉冲激光器的全部性能，但将会导致系统的灵活性下降。另外，由于大功率的纳秒脉冲激光器通常重复频率较低(一般为10-20Hz)，限制了系统的成像速度，虽然选择小功率的纳秒脉冲激光器可以提高重复频率，进而提高成像速度，但是通过现有的小功率纳秒脉冲激光器无法在组织表面获得足够强的光能密度。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的暗场照明声学分辨率光声显微技术存在的光聚焦度较低，从而无法同时满足较大光能密度要求的问题，进而提出了一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，具体包括如下的技术方案：一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，包括：光源及传输模块、光声耦合模块、超声信号收发模块、控制模块、三维位移模块和重建模块；所述光声耦合模块用于将所述光源及传输模块输出的脉冲激光会聚，所述控制模块用于将所述光源及传输模块输出的电脉冲作为同步信号控制所述三维位移模块，以驱动所述光声耦合模块通过输出脉冲激光对成像目标进行二维栅格扫描，所述重建模块用于根据所述超声信号收发模块采集的光声信号重建所述成像目标的三维图像。本专利技术的有益效果是：通过光声耦合模块提高脉冲激光的光聚焦度，以提高入射到组织表面的脉冲光能量密度，因此可采用低功率、低成本的纳秒脉冲激光器，并采用光纤传输光路的方式，从而降低了对单脉冲能量的要求，进而提高了灵活性，并且对单脉冲能量要求的减小也能够增加激光脉冲的输出频率，以使成像速度增加。附图说明图1是以示例的方式示出了暗场照明声学分辨率光声显微装置的结构图。图2是以示例的方式示出了光源及传输模块的结构图。图3是以示例的方式示出了重建模块的结构图。图4是以示例的方式示出了光声耦合模块的结构图。图5是实施例一提出的暗场照明声学分辨率光声显微装置的结构图。图6是实施例一提出的有无会聚元件的光斑半径对比结果图，其中的曲线a表示有会聚元件的光斑半径，曲线b表示无会聚元件的光斑半径。图7是实施例一提出的有无会聚元件的沿深度方向光能密度对比结果图，其中的曲线c表示有无会聚元件情况下沿深度方向的光能密度的比值，曲线d表示有会聚元件情况下沿深度方向的光能密度，曲线e表示无会聚元件情况下沿深度方向的光能密度。具体实施方式在本领域的现有技术中，为了使暗场照明声学分辨率光声显微镜获得较大的成像深度和移动的灵活性，通常选用大功率的纳秒脉冲激光器和光纤传输光，但由于光纤传输所能传输的能量较少，导致可用的激光能量受限，因而无法发挥出大功率的纳秒脉冲激光器的全部性能。若不采用光纤而选择自由空间传输光时，虽然可以发挥出大功率的纳秒脉冲激光器的全部性能，但是系统的灵活性下降。因此脉冲光能量密度与灵活性之间的矛盾导致了现有的暗场照明声学分辨率光声显微镜的性能提升遇到了瓶颈。而导致该瓶颈的关键在于使用较小功率的纳秒脉冲激光器时无法在组织表面获得足够强的光能密度，即现有暗场照明声学分辨率光声显微镜对光的聚焦度不够，因此本专利技术提出的技术方案通过能提高光聚焦度，从而在选择采用光纤传输脉冲激光的情况下，达到与自由空间传输脉冲激光相同的光能密度，进而在组织表面获得能够满足成像要求的光能密度。本实施例提出了一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，结合图1所示，包括：光源及传输模块1、光声耦合模块2、超声信号收发模块3、控制模块4、三维位移模块5和重建模块6；光声耦合模块2用于将光源及传输模块1输出的脉冲激光会聚，控制模块4用于将光源及传输模块1输出的电脉冲作为同步信号控制三维位移模块5，以驱动光声耦合模块2通过输出脉冲激光对成像目标进行二维栅格扫描，重建模块6用于根据超声信号收发模块3采集的光声信号重建成像目标的三维图像。在本专利技术一可选实施例中，结合图2所示，光源及传输模块1可以包括激光光源11、整形光路12和光纤13，激光光源11输出的脉冲激光由整形光路12整形后通过光纤13输出至光声耦合模块2。其中，激光光源11可采用可调谐脉冲激光器，用于提供脉冲激光，同时还输出用于同步控制模块4的电脉冲。在本专利技术一可选实施例中，整形光路12包括准直元件、扩束元件和聚焦元件；该准直元件可用于对该脉冲激光进行准直处理，该扩束元件可用于对该脉冲激光进行扩束处理，该聚焦元件可用于对该脉冲激光进行聚焦处理。在本专利技术一可选实施例中，超声信号收发模块3包括超声换能元件31，该超声换能元件31用于将采集的光声信号转换成电信号并发送给重建模块6。其中，该超声换能元件31可设置在光声耦合模块2的末端，当脉冲激光入射到组织表面并进入组织时，会激发出光声信号，此时该超声换能元件31可接收该光声信号，并将该光声信号转换为电信号。可选的，超声换能元件31用于在所述成像目标的组织内部预定深度的光能量密度达到最大值的位置采集光声信号。由于超声换能器不仅可用于接收整个组织内的光声信号，还可用于对达到特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，其特征在于，包括：光源及传输模块、光声耦合模块、超声信号收发模块、控制模块、三维位移模块和重建模块；所述光声耦合模块用于将所述光源及传输模块输出的脉冲激光会聚，所述控制模块用于将所述光源及传输模块输出的电脉冲作为同步信号控制所述三维位移模块，以驱动所述光声耦合模块通过输出脉冲激光对成像目标进行二维栅格扫描，所述重建模块用于根据所述超声信号收发模块采集的光声信号重建所述成像目标的三维图像。

【技术特征摘要】
1.一种暗场照明声学分辨率光声显微装置，其特征在于，包括：光源及传输模
块、光声耦合模块、超声信号收发模块、控制模块、三维位移模块和重建模块；所述
光声耦合模块用于将所述光源及传输模块输出的脉冲激光会聚，所述控制模块用于将
所述光源及传输模块输出的电脉冲作为同步信号控制所述三维位移模块，以驱动所述
光声耦合模块通过输出脉冲激光对成像目标进行二维栅格扫描，所述重建模块用于根
据所述超声信号收发模块采集的光声信号重建所述成像目标的三维图像。
2.如权利要求1所述的暗场照明声学分辨率光声显微装置，其特征在于，所述
光源及传输模块包括激光光源、整形光路和光纤，所述激光光源输出的脉冲激光由所
述整形光路整形后通过所述光纤输出至所述光声耦合模块，所述激光光源还向所述控
制模块输出电脉冲作为同步信号。
3.如权利要求2所述的暗场照明声学分辨率光声显微装置，其特征在于，所述
整形光路包括：准直元件、扩束元件和聚焦元件；所述准直元件用于对所述脉冲激光
进行准直处理，所述扩束元件用于对所述脉冲激光进行扩束处理，所述聚焦元件用于
对所述脉冲激光进行聚焦处理。
4.如权利要求1所述的暗场照明声学分辨率光声显微装置，其特征在于，所述
超声信号收发模块包括超声换能元件，所述超声换能元件用于将采集的光声信号转换
成电信号并发送给所述重建模块。
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋亮，宋伟，刘成波，陈敬钦，曾光，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44