一种光声显微成像自适应扫描系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光声显微成像自适应扫描系统和方法，包括：主控装置、激光器、超声探头、红外测距装置和驱动装置；红外测距装置检测超声探头与待测组织第一位置点之间的第一垂直距离；红外测距装置检测超声探头与待测组织第二位置点之间的第二垂直距离；主控装置根据第一垂直距离和第二垂直距离控制驱动装置驱动超声探头移动到至第二位置点上方，使超声探头与第二位置点之间的距离等于第一垂直距离；超声探头采集第一位置点和第二位置点产生的光声信号。本发明专利技术实施例提供的技术方案在对平整度较低的材料或生物组织进行成像时，可以自动调整超声探头与待测组织之间的距离，保证实时对焦，实现光声图像的高分辨率成像。

Photoacoustic micro imaging adaptive scanning system and method

The invention relates to a photo acoustic imaging adaptive scanning system and method, including: the main control device, laser, ultrasonic probe, infrared distance measuring device and a driving device; a first vertical distance between the ultrasonic probe detection infrared ranging device to be tested and organized the first position; second the vertical distance between the ultrasonic probe detection device and the infrared range measuring tissue at second locations; the main control device according to the first vertical distance and second vertical distance control driving device for driving ultrasonic probe is moved to the top to second points between the ultrasonic probe and second point distance equal to the first vertical distance; photoacoustic signal acquisition probe the first position and second position at the point. The embodiment of the invention provides the technical scheme of the imaging of the smoothness of the lower material or biological tissue, can automatically adjust the ultrasonic probe and measured the distance between the organization and implementation of real-time focusing, high resolution imaging photoacoustic image.

【技术实现步骤摘要】
一种光声显微成像自适应扫描系统及方法
本专利技术涉及显微成像
，尤其涉及一种光声显微成像自适应扫描系统及方法。
技术介绍
光声成像是近些年来发展迅速的一种无损医学成像方法，结合了纯超声成像的高穿透特性和纯光学成像的高对比度特性。它是以脉冲激光作为激励源、光声信号作为信息载体，根据不同生物组织对特定波长激光具有差别较大的光学吸收系数进而辐射不同强度超声波的原理进行成像，通过对采集到的光声信号进行图像重建处理而得到组织内部结构信息的一种成像方法。光声成像技术将光学和声学有机地结合起来，部分地克服了光在组织中传播时组织的强散射效应对成像的影响，因此光声成像技术具有比纯光学成像技术更好的生物组织穿透性。光声信号既依赖于生物组织的光学特性，也依赖于生物组织的声学特性，能够给医学诊断提供大量的有效信息，所以光声成像技术应用前景广阔，正逐渐成为生物组织无损检测
的一个研究热点。光声显微镜(Photoacousticmicroscope，PAM)使用扫描的方式获得信号，而不需要复杂的重建算法。扫描的方式主要有两种，第一种是通过扫描一个聚焦的超声探测器以获取光声图像，这种方式被称为超声分辨率光声显微镜，它通过超声来进行定位，分辨率决定于超声探头的带宽以及中心频率。第二种扫描方式是采用会聚的激光束进行扫描，通过这样的方式能达到光学分辨率的光声成像，它的分辨率取决于会聚激光束的衍射极限，因此它也被称为光学分辨率光声显微镜。然而，当光学分辨率光声显微镜的成像对象表面平整度不高时，由于激光的焦点和超声探头的声焦点的客观存在，使得在使用传统激光束扫描方式时，获得的光声信号并不总能具有较强的均匀的功率密度，这对成像质量造成极大的不利影响，也使光学分辨率光声显微镜的应用范围被限制在平整度较高的材料(如半导体硅片)或者生物组织(如小鼠的耳部血管)的成像上，而无法对平整度较低的材料或者生物组织(如小鼠脑部)进行较好的成像。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光声显微成像自适应扫描系统，用以自动调整扫描系统与待测组织表面之间的距离，解决光学分辨率光声显微镜无法对平整度较低的材料或者生物组织进行高品质成像的问题。为此目的，本专利技术提出了一种光声显微成像自适应扫描系统,包括：主控装置，与所述主控装置连接的激光器、超声探头、红外测距装置和驱动装置，所述激光器用于发射激光束，所述激光束依次通过光纤束和物镜聚焦在待测组织表面，产生光声信号；所述物镜、所述超声探头和所述红外测距装置的相对位置固定；当所述红外测距装置位于待测组织的第一位置点上方时，所述红外测距装置用于检测所述超声探头与所述第一位置点之间的第一垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置用于控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第一位置点上方，同时所述红外测距装置移动至所述待测组织的第二位置点上方；当所述红外测距装置位于所述第二位置点上方时，所述红外测距装置还用于检测所述超声探头与第二位置点之间的第二垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置还用于根据所述第一垂直距离和第二垂直距离控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第二位置点上方，使所述超声探头与所述第二位置点之间的距离等于所述第一垂直距离；所述超声探头用于采集所述第一位置点和第二位置点产生的光声信号并传输至所述主控装置。优选的，所述主控装置包括数据处理单元，所述数据处理单元用于根据所述超声探头采集的各个位置点产生的光声信号，并通过最大值投影法重建光声图像。优选的，所述主控装置还包括：与所述数据处理单元连接的数据采集单元，所述数据采集单元包括：分别与所述超声探头、红外测距装置和激光器连接的主控电路，以及依次连接的时间增益补偿放大单元、预滤波单元、A/D转换单元；所述主控电路连接所述时间增益补偿放大单元；所述主控电路用于向所述激光器发送脉冲激光发射控制信号，并接收所述超声探头返回的光声信号，还用于向所述红外测距装置发送距离检测控制信号。所述时间增益补偿放大单元用于对所述光声信号进行时间增益补偿放大处理；所述预滤波单元用于将放大处理后的光声信号进行预滤波处理；所述A/D转换单元用于将经过预滤波的所述光声信号转换为数字光声信号。优选的，所述数据采集单元还包括：与所述A/D转换单元连接的数据缓存单元、与所述数据缓存单元连接的数据传输单元；所述数据缓存单元用于对所述数字光声信号进行存储；所述数据传输单元用于将所述数据缓存单元存储的数字光声信号传输至所述数据处理单元。优选的，所述物镜的焦点与所述超声探头的焦点一致且对准所述待测组织表面。优选的，该系统还包括：三维扫描平台，所述物镜、超声探头、红外测距装置和光纤束均固定在所述三维扫描平台的支架上；所述驱动装置为连接所述主控装置的步进电机，所述步进电机用于在所述主控装置的控制下，驱动所述三维扫描平台在竖直方向上移动，以调整所述超声探头与所述待测组织表面之间的距离。优选的，所述步进电机为3台，用于控制所述三维扫描平台分别在x轴、y轴、z轴三个方向上移动。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种采用上述任意一种所述的系统进行光声显微成像自适应扫描的方法，该方法包括：当所述红外测距装置位于待测组织的第一位置点上方时，控制所述红外测距装置检测所述超声探头与所述第一位置点之间的第一垂直距离；控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第一位置点上方，同时控制所述红外测距装置移动至所述待测组织的第二位置点上方；当所述红外测距装置位于所述第二位置点上方时，控制所述红外测距装置检测所述超声探头与第二位置点之间的第二垂直距离；根据所述第一垂直距离和第二垂直距离控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第二位置点上方，使所述超声探头与所述第二位置点之间的距离等于所述第一垂直距离；控制所述超声探头采集所述第一位置点和第二位置点产生的光声信号。优选的，该方法还包括：通过数据处理单元根据各个位置点采集的所述光声信号，通过最大值投影法重建光声图像。优选的，在所述根据各个位置点采集的所述光声信号，通过最大值投影法重建光声图像之前，还包括：对所述光声信号进行时间增益补偿放大处理；将放大处理后的光声信号进行预滤波处理；将经过预滤波的所述光声信号转换为数字光声信号。本专利技术实施例提供的光声显微成像自适应扫描系统，通过红外测距装置检测超声探头与待测组织表面第一位置点之间的距离以及超声探头与待测组织表面第二位置点之间的距离，以此控制超声探头在移动至第二位置点时，超声探头与第二位置点之间的距离与超声探头与第一位置点之间的距离相同，从而在对平整度较低的材料或生物组织进行成像时，可以自动调整超声探头与待测组织之间的距离，保证实时对焦，实现光声图像的高分辨率成像。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为本专利技术实施例提供的一种光声显微成像自适应扫描系统的框架示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的一种光声显微成像自适应扫描系统的框架示意图；图3为本专利技术一实施例提供的一种光声显微成像自适应扫描方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种光声显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光声显微成像自适应扫描系统，其特征在于，包括：主控装置，与所述主控装置连接的激光器、超声探头、红外测距装置和驱动装置，所述激光器用于发射激光束，所述激光束依次通过光纤束和物镜聚焦在待测组织表面，产生光声信号；所述物镜、所述超声探头和所述红外测距装置的相对位置固定；当所述红外测距装置位于待测组织的第一位置点上方时，所述红外测距装置用于检测所述超声探头与所述第一位置点之间的第一垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置用于控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第一位置点上方，同时所述红外测距装置移动至所述待测组织的第二位置点上方；当所述红外测距装置位于所述第二位置点上方时，所述红外测距装置还用于检测所述超声探头与第二位置点之间的第二垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置还用于根据所述第一垂直距离和第二垂直距离控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第二位置点上方，使所述超声探头与所述第二位置点之间的距离等于所述第一垂直距离；所述超声探头用于采集所述第一位置点和第二位置点产生的光声信号并传输至所述主控装置。

【技术特征摘要】
1.一种光声显微成像自适应扫描系统，其特征在于，包括：主控装置，与所述主控装置连接的激光器、超声探头、红外测距装置和驱动装置，所述激光器用于发射激光束，所述激光束依次通过光纤束和物镜聚焦在待测组织表面，产生光声信号；所述物镜、所述超声探头和所述红外测距装置的相对位置固定；当所述红外测距装置位于待测组织的第一位置点上方时，所述红外测距装置用于检测所述超声探头与所述第一位置点之间的第一垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置用于控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第一位置点上方，同时所述红外测距装置移动至所述待测组织的第二位置点上方；当所述红外测距装置位于所述第二位置点上方时，所述红外测距装置还用于检测所述超声探头与第二位置点之间的第二垂直距离并传输至所述主控装置；所述主控装置还用于根据所述第一垂直距离和第二垂直距离控制所述驱动装置驱动所述超声探头和所述物镜移动到至所述第二位置点上方，使所述超声探头与所述第二位置点之间的距离等于所述第一垂直距离；所述超声探头用于采集所述第一位置点和第二位置点产生的光声信号并传输至所述主控装置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控装置包括数据处理单元，所述数据处理单元用于根据所述超声探头采集的各个位置点产生的光声信号，并通过最大值投影法重建光声图像。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控装置还包括：与所述数据处理单元连接的数据采集单元，所述数据采集单元包括：分别与所述超声探头、红外测距装置和激光器连接的主控电路，以及依次连接的时间增益补偿放大单元、预滤波单元、A/D转换单元；所述主控电路连接所述时间增益补偿放大单元；所述主控电路用于向所述激光器发送脉冲激光发射控制信号，并接收所述超声探头返回的光声信号，还用于向所述红外测距装置发送距离检测控制信号。所述时间增益补偿放大单元用于对所述光声信号进行时间增益补偿放大处理；所述预滤波单元用于将放大处理后的光声信号进行预滤波处理；所述A/D转换单元用于将经过预滤波的所述光声信号转换为数字光声信号。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括：与...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明健，付颖，蔺祥伟，宋之豪，史雅慧，冷官冀，冯乃章，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37