一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法及其装置，属于光声成像技术领域。本发明专利技术装置的工作过程和原理为：激光器发射出的脉冲激光通过单模光纤耦合组件准直后，输入到二维扫描振镜系统中；二维扫描振镜系统将激光聚焦到目标物体上产生光声信号，沿着线聚焦超声探测器的聚焦区所对应的线状区域进行扫描；在各个扫描位置处产生的光声信号经过充满超声耦合液的水槽传播到线聚焦超声探测器处，并被转换为压电信号；经放大器放大后再由数据采集卡采集，并存储到计算机中进行数据处理。本发明专利技术的光声显微镜和目标物体之间既不需要相对运动，又能够满足光声显微镜对信噪比的要求，同时还具有大视场范围及高分辨率。

Novel scanning method and apparatus for optical resolution photoacoustic microscope

The invention discloses a novel scanning method of an optical resolution photoacoustic microscope and a device thereof, belonging to the field of photoacoustic imaging technology. The working process and principle of the device for emitting laser pulse laser by single-mode fiber coupling module after collimation into two-dimensional scanning galvanometer system; two-dimensional scanning galvanometer system will generate photoacoustic signal of laser focusing to the target object, scanning linear regions corresponding to the focusing area along the line focusing ultrasonic detector; photoacoustic signals generated in the scanning position of each department after full of ultrasonic coupling liquid tank to transmission line focusing ultrasonic detector, and is converted to the piezoelectric signal amplified by the amplifier; and then collected by data acquisition card, and stored in the computer for data processing. The invention does not need relative movement between the photoacoustic microscope and the target object, and can satisfy the requirement of the signal-to-noise ratio of the light acoustic microscope, and also has a large field of view and high resolution.

【技术实现步骤摘要】
一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法及其装置
本专利技术属于光声成像
，具体涉及一种用于光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法及其装置。
技术介绍
目前国内外应用光学分辨率光声显微镜对目标物体成像时，最常用的扫描方法是使用点聚焦超声探测器与脉冲激光共聚焦的方法来激发并探测光声信号，同时使用机械扫描光声显微镜或目标物体的方式来逐点获得目标物体的图像，这种扫描方式对机械扫描电机的要求较高，且成像速度慢，价格昂贵，此外，机械扫描时电机的加速、减速过程以及运动时产生的震动都会使图像产生错位，影响图像质量。针对以上的问题，国内外的很多研究小组提出了很多解决方案，比如使用高性能的音圈电机，以及将光学扫描和机械扫描相结合等方法，这些方法确实提高了成像速度并解决了错位问题，但是很难小型化，而且在光声显微镜和目标物体之间仍然有相对运动，对于某些临床应用很不方便。还有两种解决方案分别是使用微型扫描电镜同时扫描聚焦的激光束与声场，以及使用二维扫描振镜系统和非聚焦超声探测器对目标物体进行成像，这两种方法在光声显微镜和目标物体之间没有相对运动，但是前者的有效视场范围很小且微型扫描电镜非常脆弱易碎，后者由于使用了非聚焦超声探测器而导致探测到的光声信号信噪比较低，使得采集到的光声显微图像质量较差，以上的这些问题都限制了光学分辨率光声显微镜的应用。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中光学分辨率光声显微镜实际应用中存在的问题，本专利技术提供一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法及实现该扫描方法的装置。本专利技术的光声显微镜和目标物体之间既不需要相对运动，又能够满足光声显微镜对信噪比的要求，同时还具有大视场范围及高分辨率，且成本低廉，结构简单紧凑，方便调试，易于应用及推广。本专利技术提供的一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，该方法包含以下步骤：(1)通过二维扫描振镜系统将聚焦的脉冲激光照射到目标物体上，激发光声信号；(2)聚焦的脉冲激光沿成像区域的每一条直径或者半径依次进行扫描，同时线聚焦超声探测器在电控旋转台的驱动下采集这些扫描轨迹上每个扫描点处的光声信号；(3)应用数据处理软件对采集到的光声信号进行处理，得到成像区域内目标物体的图像。所述步骤(1)中，使用的脉冲激光的脉宽为1ns-2ns，波长可以根据目标物体的不同自由进行选择。所述步骤(2)中，聚焦激光束扫描所能覆盖的范围为成像区域，沿成像区域的直径或者半径扫描时，这些直径或者半径为扫描轨迹。在Labview程序控制下，二维扫描振镜系统的聚焦激光束沿设定扫描轨迹进行扫描。所述步骤(2)中，采用Labview程序控制电控旋转台，带动线聚焦超声探测器完成对成像区域内每一条扫描轨迹上光声信号的探测。在电控旋转台的驱动下，线聚焦超声探测器的聚焦区依次与聚焦脉冲激光的每一条扫描轨迹重合，在探测器和物体之间无需相对运动即可完成对扫描轨迹上光声信号的探测。所述步骤(3)中，数据处理软件为Matlab软件，由采集到的光声信号计算出成像区域的最大值投影图像或者三维图像。本专利技术还提供一种实现上述一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法的装置，该装置包括激光器，单模光纤耦合组件，二维扫描振镜系统，水槽，电控旋转台，信号采集组件，计算机；所述信号采集组件包括线聚焦超声探测器、放大器以及数据采集卡；激光器发射出的脉冲激光通过单模光纤耦合组件准直后，输入到二维扫描振镜系统中；进入二维扫描振镜系统的脉冲激光经过扫描透镜后聚焦到目标物体上产生光声信号，并在二维扫描振镜系统的驱动下，沿着线聚焦超声探测器的聚焦区所对应的线状区域，即成像区域的直径或者半径，进行扫描；在各个扫描位置处产生的光声信号经过充满超声耦合液的水槽传播到线聚焦超声探测器处，并被转换为压电信号；该压电信号经放大器放大后再由数据采集卡采集，并存储到计算机中进行数据处理。沿着成像区域的一条直径或半径扫描完成之后，线聚焦超声探测器在电控旋转台的带动下旋转一个小角度，到达成像区域的下一条直径或半径，并重复上述扫描过程直到整个成像区域都被覆盖住；进一步地，扫描过程中的扫描步长、范围，以及线聚焦探测器的旋转步长等系统参数，可以根据实际情况进行选择。所述激光器发射的脉冲激光脉宽在1ns-2ns之间，其波长可以根据成像目标的不同进行选择。所述单模光纤耦合组件包括依次放置的空间光滤波器、准直透镜、物镜、单模光纤耦合调整架、单模光纤、以及单模光纤准直透镜，激光器发出的激光依次通过上述器件进入单模光纤后，由单模光纤准直透镜将准直光输入二维扫描振镜系统。水槽可以使二维扫描振镜系统的中心轴和线聚焦超声探测器的中心轴重合，同时又保证扫描振镜的焦点和线聚焦超声探测器的焦区在同一水平面上。所述水槽为反射式支架水槽，其上、下及一个侧面设置有通孔；上方通孔用作成像界面，成像物体即放置在此通孔处；下方通孔封有透明玻璃片，保障透光的同时其内部液体不渗漏；侧面的通孔为圆形，用于放置线聚焦超声探测器，并且装有密封圈，保证探头在转动的同时超声耦合液不会泄露；水槽内部还设置有与侧面通孔呈45°放置的透光反声薄片，用于将来自目标物体的光声信号反射到线聚焦超声探测器处。所述水槽为透射式支架水槽，其上、下面设置有通孔，下方通孔封有透明薄膜、用作成像界面，保障透光的同时其内部液体不渗漏，成像物体即放置在此通孔处；上方的通孔用于放置线聚焦超声探测器。本专利技术装置的工作过程和原理为：激光器发出脉冲激光，经过空间光滤波器，准直透镜和物镜后，通过单模光纤耦合调整架进入单模光纤，并由单模光纤准直透镜输入到二维扫描振镜系统中；进入二维扫描振镜系统的脉冲激光经过扫描透镜后聚焦到目标物体上，产生光声信号；聚焦的脉冲激光束在二维扫描振镜系统的驱动下，沿着线聚焦超声探测器的聚焦区所对应的线状区域，也就是成像区域的直径或者半径，进行扫描，扫描时各个扫描位置产生的光声信号通过水槽内部的超声耦合液传播到线聚焦超声探测器，由于聚焦激光束是沿着线聚焦超声探测器焦区所对应的区域扫描的，因此超声探测器不需要移动就可以探测到各个扫描位置产生的光声信号，而且由于聚焦激光束的焦点的扫描轨迹和线聚焦超声探测器的焦区重合，因此探测到的光声信号也有较好的信噪比。沿着成像区域的某一条直径扫描完成之后，线聚焦超声探测器在电控旋转台的带动下旋转一个小角度，到达成像区域的下一条直径或半径，并重复上述扫描过程直到整个成像区域都被覆盖住；线聚焦超声探测器探测到光声信号之后先经过信号放大器放大，然后再由数据采集卡采集，并存储到计算机中进行数据处理。在扫描及信号采集的过程中，二维扫描振镜系统和电控旋转台分别由计算机通过振镜驱动电路和电控旋转台控制器进行控制，同时计算机还控制着激光器的脉冲输出和数据采集卡的信号采集，扫描过程中的扫描步长，范围，以及线聚焦探测器的旋转步长等系统参数都可以根据实际情况进行选择。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的方法利用二维扫描振镜沿着成像区域的直径或半径进行扫描，并使用线聚焦超声探测器探测扫描轨迹上各个位置的光声信号进行图像重建，整个过程中，光声显微镜与物体之间没有相对运动，消除了因电机加速，减速及运行时产生的振动给图像带来的影响。(2)本专利技术的方法使用了线聚焦超声探测器，信号采集过程中有较高的信噪比，保证了图像的质量，解决本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，该方法包含以下步骤：(1)通过二维扫描振镜系统将聚焦的脉冲激光照射到目标物体上，激发光声信号；(2)聚焦的脉冲激光沿成像区域的每一条直径或者半径依次进行扫描，同时线聚焦超声探测器在电控旋转台的驱动下采集这些扫描轨迹上每个扫描点处的光声信号；(3)应用数据处理软件对采集到的光声信号进行处理，得到成像区域内目标物体的图像。

【技术特征摘要】
1.一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，该方法包含以下步骤：(1)通过二维扫描振镜系统将聚焦的脉冲激光照射到目标物体上，激发光声信号；(2)聚焦的脉冲激光沿成像区域的每一条直径或者半径依次进行扫描，同时线聚焦超声探测器在电控旋转台的驱动下采集这些扫描轨迹上每个扫描点处的光声信号；(3)应用数据处理软件对采集到的光声信号进行处理，得到成像区域内目标物体的图像。2.如权利要求1所述的一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，其特征在于：所述步骤(1)中，脉冲激光的脉宽为1ns-2ns。3.如权利要求1所述的一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用Labview程序控制电控旋转台以及二维扫描振镜系统。4.如权利要求1所述的一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法，其特征在于：所述步骤(3)中，数据处理软件为Matlab软件，将采集到的光声信号计算出成像区域的最大值投影图像或者三维图像。5.一种实现权利要求1所述的一种光学分辨率光声显微镜的新型扫描方法的装置，该装置包括激光器，单模光纤耦合组件，二维扫描振镜系统，水槽，电控旋转台，信号采集组件，计算机；所述信号采集组件包括线聚焦超声探测器、放大器以及数据采集卡；激光器发射出的脉冲激光通过单模光纤耦合组件准直后，输入到二维扫描振镜系统中；进入二维扫描振镜系统的脉冲激光经过扫描透镜后聚焦到目标物体上产生光声信号，并在二维扫描振镜系统的驱动下，沿着线聚焦超声探测器的聚焦区所对应的线状区域，即成像区域的直径或者半径，进行扫描；在各个扫描位置处产生的光声信号经过充满超声耦合液的水槽传播到线聚焦超声探测器处，线聚焦超声探测器在电控旋转台的带动下接收该光声信号并...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚磊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51