一种具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统，该光学激发装置包括激光器阵列；其中，激光器阵列包括若干通过触发控制线串联的激光器，其中的任一个或多个激光器与用于发出触发信号的控制盒相连以触发信号，触发信号可根据激光器的连接顺序通过触发控制线从与控制盒连接的激光器依次传递到与之串联的其他激光器，以此方式，各激光器根据接收到的触发信号产生激光脉冲，且相邻激光器产生的激光脉冲之间具有物理延时；本实用新型专利技术使用多个低能量激光器发出的短脉冲激光合成一个高能量的长脉冲激光，并且利用各短脉冲激光之间的物理延时对长脉冲激光的脉冲宽度进行展宽，使长脉冲激光的脉冲宽度能够匹配超声换能器的中心频率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统
本技术属于光学成像
，更具体地，涉及一种具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统。
技术介绍
光声断层成像(Photoacoustictomography，简称PAT，有时也称为Optoacoustictomography)，是基于材料的光声效应的截面或三维(3D)成像。在光声断层成像过程中，光被生物组织吸收并转换成瞬态的热能，随后由于热弹性膨胀而发出超声波。利用收集到的超声波信号，可以重构出生物组织的光声断层图像。光声断层成像涉及光学激发，超声波探测和图像重构三个部分。短脉冲激光通常可以有效地在生物组织中激发出超声波(光声信号)。光声信号的幅度依赖于激光脉冲的能量，激光对待测组织的有效穿透深度，以及待测组织本身的热性质和机械性质。因为不管是直射光还是散射光都可以激发出光声信号，所以即使是在生物组织内部较深的位置也可以产生光声信号。在生物组织中，超声散射系数比光学散射系数小2-3个数量级，通过检测光声信号可以实现比光学信号高得多的深度组织中的空间分辨率。因此，光声断层成像技术突破了光学扩散极限(皮肤中约1mm)，可用于高分辨率光学对比成像。根据在多个位置记录的超声传播时间信号对光声源进行多点测量，可以重构出光声图像。光声效应是非线性的，所产生的超声波的能量与光脉冲能量的平方成正比，所以要想要获得高信噪比的光声信号，最重要的一点就是在安全范围内尽可能高地提高照射到物体中的激光脉冲的能量。另外，激光脉冲的宽度对光声信号也有影响；一方面，脉冲宽度不能超过压力驰豫时间。一般常用的纳秒脉冲激光器，比如Nd:YAG激光器以及以此类激光再激发产生的脉冲宽度是10纳秒左右，远小于光声断层成像中的压力驰豫时间(一般是几百纳秒到一微秒)。另一方面，在相同的脉冲能量下，不同脉冲宽度的激光脉冲所产生的光声信号的频谱也不一样。脉冲激光对点吸收源激发的光声信号具有约等于脉冲激光的宽度。比如说，10纳秒的脉冲激光激发一个点吸收源产生的原始光声脉冲信号也近似于10纳秒宽度，其对应的声信号频谱的中心频率约为其倒数，即100兆赫兹(MHz)。而一个100纳秒的脉冲激光激发的光声信号频谱的中心频率则近似是10兆赫兹(MHz)。在实际的生物组织中，高频的光声脉冲信号的声衰减是远远大于低频的光声脉冲信号。高频的光声脉冲信号在组织和水中传播几厘米之后，会衰减成为低频信号。换句话说，低频光声脉冲信号在生物组织中传播得更远。实际中用于光声断层成像的超声换能器的中心频率一般选择为1到10兆赫兹。因此，适合光声断层成像的激光脉冲的宽度应该在几十到几百纳秒之间。常用的Nd:YAG激光器虽然能够产生非常强的焦耳量级的光脉冲，但是其具有的脉冲宽度(约10纳秒)并不是最优的，无法有效匹配超声换能器的中心频率，导致超声换能器探测到的光声信号的信噪比较低的问题。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本技术提供了一种具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统，该光学激发装置将多个低能量的激光器串联起来，相邻的激光器之间通过触发线进行连接，触发信号根据连接顺序依次由上一个激光器传输至下一个激光器；由于触发信号经过触发线时需要一定时间，因此相邻的激光器根据接收的触发信号产生的激光脉冲之间具有一定的物理延时，将各激光脉冲进行叠加之后即得到展宽的合束光脉冲；其目的在于解决现有技术中使用单个高能量的短脉冲激光器产生的脉冲宽度无法有效匹配超声换能器的中心频率，导致超声换能器探测到的光声信号的信噪比较低的问题。为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种具有多激光器的光学激发装置，包括激光器阵列，其中，所述激光器阵列包括若干个通过触发控制线串联连接的激光器，其中的任一个或多个所述激光器与用于发出触发信号的控制盒相连以接收该控制盒发出的触发信号，所述触发信号可根据激光器的连接顺序通过所述触发控制线从与控制盒直接连接的激光器依次传递到与之串联的其他激光器，以此方式，各激光器可根据接收到的该触发信号产生激光脉冲，且相邻的所述激光器产生的所述激光脉冲之间具有物理延时。优选的，上述光学激发装置，其物理延时的大小可通过改变触发控制线的长度进行调节。优选的，上述光学激发装置，相邻激光器产生的激光脉冲之间的物理延时相等。优选的，上述光学激发装置，其激光器阵列中首部或尾部的激光器通过触发控制线与控制盒相连。优选的，上述光学激发装置，其激光器阵列中第一个接收触发信号与最后一个接收触发信号的激光器产生的激光脉冲之间的物理延时小于预设的空间分辨率与声速之商和超声换能器所需带宽的倒数之中的较小者。按照本技术的第二个方面，还提供了另一种具有多激光器的光学激发装置，包括激光器阵列，其中，所述激光器阵列包括若干个激光器，各个所述激光器通过触发控制线与用于发出触发信号的控制盒相连且各条触发控制线的长度互不相等或部分相等；以此方式，各激光器以非同步的方式接收控制盒发出的触发信号并根据所述触发信号产生激光脉冲，且所述触发控制线的长度不等的激光器产生的所述激光脉冲之间具有物理延时。优选的，上述光学激发装置，触发控制线的长度最长与最短的激光器产生的激光脉冲之间的物理延时小于预设的空间分辨率与声速之商和超声换能器所需带宽的倒数之中的较小者。优选的，上述光学激发装置，其激光器输出的单个脉冲能量不高于1焦耳，该激光器采用Nd:YAG或基于Q开关的纳秒脉冲激光器。按照本技术的第三个方面，还提供了一种光声成像系统，包括上述任一项所述的光学激发装置。优选的，上述光声成像系统还包括合束器、扩束装置、超声换能阵列和图像重构装置；所述合束器、扩束装置与激光器阵列处于同一光路中，该合束器将激光器阵列输出的多个激光脉冲进行叠加后得到展宽的合束光脉冲；扩束装置将合束器输出的合束光脉冲进行扩束和均匀化处理以使所述合束光脉冲均匀照射在待测物体上；所述超声换能阵列采集所述待测物体发出的光声信号并将其转化为图像重构装置可处理的电信号，便于图像重构装置根据所述电信号进行图像重构，生成待测物体的光声图像。优选的，上述光声成像系统，其图像重构装置包括数据采集器和上位机；所述数据采集器分别与超声换能阵列和上位机相连，将超声换能阵列输出的电信号转换为数字信号并传输给上位机。优选的，上述光声成像系统，其超声换能阵列包括多个环形排列的超声探测器。优选的，上述光声成像系统，其合束器包括与激光器的数量相等的多个合束镜，一个合束镜对应一个激光器；所述合束镜为反射镜或棱镜。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本技术提供的具有多激光器的光学激发装置以及光声成像系统，使用多个低能量的激光器发出的短脉冲激光合成一个高能量的长脉冲激光，来替代传统技术中使用单个高能量的短脉冲激光器来提高激光脉冲能量；并且利用各短脉冲激光之间存在的物理延时对合成的长脉冲激光的脉冲宽度进行展宽，使长脉冲激光的脉冲宽度能够匹配超声换能器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多激光器的光学激发装置，其特征在于，包括激光器阵列，其中，/n所述激光器阵列包括若干个通过触发控制线串联连接的激光器，其中的任一个或多个所述激光器与用于发出触发信号的控制盒相连以接收该控制盒发出的触发信号，所述触发信号可根据激光器的连接顺序通过所述触发控制线从与控制盒直接连接的激光器依次传递到与之串联的其他激光器，以此方式，各激光器可根据接收到的该触发信号产生激光脉冲，且相邻的所述激光器产生的所述激光脉冲之间具有物理延时。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多激光器的光学激发装置，其特征在于，包括激光器阵列，其中，
所述激光器阵列包括若干个通过触发控制线串联连接的激光器，其中的任一个或多个所述激光器与用于发出触发信号的控制盒相连以接收该控制盒发出的触发信号，所述触发信号可根据激光器的连接顺序通过所述触发控制线从与控制盒直接连接的激光器依次传递到与之串联的其他激光器，以此方式，各激光器可根据接收到的该触发信号产生激光脉冲，且相邻的所述激光器产生的所述激光脉冲之间具有物理延时。


2.如权利要求1所述的光学激发装置，其特征在于，所述物理延时的大小可通过改变触发控制线的长度进行调节。


3.如权利要求2所述的光学激发装置，其特征在于，相邻激光器产生的激光脉冲之间的物理延时相等。


4.如权利要求1或3所述的光学激发装置，其特征在于，所述激光器阵列中首部或尾部的激光器通过触发控制线与控制盒相连。


5.一种具有多激光器的光学激发装置，其特征在于，包括激光器阵列，其中，
所述激光器阵列包括若干个激光器，各个所述激光器通过触发控制线与用于发出触发信号的控制盒相连且各条触发控制线的长度互不相等或部分相等；以此方式，各激光器以非同步的方式接收所述控制盒发出的触发信...

【专利技术属性】
技术研发人员：马康庭，施钧辉，
申请(专利权)人：武汉和视光声科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42