一种光声多普勒流速测量装置及方法制造方法及图纸

一种光声多普勒流速测量装置及方法，装置由第一光学干涉检测系统、第二光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统、与门电路及计算机组成。本发明专利技术的光声多普勒流速测量方法，利用干涉光来检测所产生的光声信号，从而摆脱了传统超声换能器装置利用率低、灵敏度差的问题。本发明专利技术应用时仅需要激发光和两束检测光，这种纯光学的检测方式更易耦合，有益于进一步缩小装置的体积。此外，由于本发明专利技术摒弃了超声换能器这种检测超声波的方式，也就不再需要在接触表面涂抹声耦合介质，使应用前景更加广泛。本发明专利技术应用时采用双探测光进行多普勒流速测量，可以沿不同方向测量流速，消除了多普勒角的影响，使流速测量结果更准确。使流速测量结果更准确。使流速测量结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种光声多普勒流速测量装置及方法


[0001]本专利技术属于光声检测
，特别是涉及一种光声多普勒流速测量装置及方法。

技术介绍

[0002]在视网膜血管栓塞等视网膜疾病的发病早期，视网膜内血流速往往会产生明显的异常，因此测量视网膜内血流速成为预防相关疾病、检测病变程度、诊断效果评估中至关重要的一环。而多普勒技术是当前测量视网膜内血流速的主流技术，按照检测方式的差异，可将多普勒技术细分为超声多普勒、激光多普勒、共焦激光多普勒、多普勒光学相干层析。
[0003]然而，多普勒测流速只能检测流速沿探测超声或探测光方向的分量(纵向流速分量)，即V
·
cosθ，其中，V为流速绝对值，θ为多普勒角(探测超声或探测光和流速的夹角)。受到血管形状大小及生物体的状态等多种因素的影响，导致多普勒角始终无法精确测量，因此目前临床上所使用的超声多普勒、激光多普勒、共焦激光多普勒进行视网膜血流速测量只是相对测量，并非真实血流速。
[0004]对于多普勒光学相干层析(Doppler optical coherence tomography，Doppler OCT)来说，其结合了多普勒技术和光学相干层析技术，具有无创、高分辨率等优点，在获得血管内血流流量的空间分布的同时，还能给出血管的结构形状，为解决多普勒角的问题成为了可能。但是，由瞳孔进入的探测光和视网膜血管方向接近垂直，即多普勒角接近90
°
，在这种情况下，纵向流速分量几乎为零，这就成为限制多普勒光学相干层析在测量视网膜内血流速时的主要问题。
[0005]对于光声多普勒(Photoacoustic Doppler，PAD)来说，是近几年发展起来的一种血流速测量方法，其不同于超声多普勒是运动粒子散射超声信号产生多普勒效应，也不同于多普勒光学相干层析是运动粒子散射探测光产生多普勒效应，而是运动粒子吸收激光后快速热膨胀产生超声波，因此超声波的多普勒频移和激发光的方向无关，这是光声多普勒的优点，即光声多普勒可以摆脱多普勒角的限制，有利于横向流速测量。
[0006]此外，根据光源的类型划分，可以把光声多普勒划分为连续PAD和脉冲PAD。连续PAD是利用强度调制的连续激光激发光声信号，多普勒效应会使得超声信号频率发生改变产生频移，这种多普勒频移计算简单，但却存在光声转换效率低的缺点，并且需要较大的激发光强度，因此安全性较差，并且也缺乏深度分辨能力。而脉冲PAD是使用几十纳秒的脉冲激光照射样品，产生脉冲光声信号，脉冲PAD具有光声转换效率高以及具有深度分辨能力的优点，但是，目前脉冲PAD产生的光声信号是使用以超声换能器进行检测的，因而需要在接触表面涂抹声耦合介质，并且由于超声换能器位置的限制，最大的频移来自于超声换能器两边的信号，而大部分靠近超声换能器中部的信号对展宽无贡献或贡献较小，这些信号降低了展宽信号的对比度，从而会影响测量结果的准确性和灵敏度。再有，由于脉冲PAD受到灵敏度的限制，激发点需要严格位于超声换能器焦点，用以保证沿不同方向转播的超声信号同时到达超声换能器，这就使得脉冲PAD的操作极其复杂，并不适合投入临床研究。
[0007]另外，潘柳华等人提出了光声相关谱法“基于光声相关谱法的血液流速测量，中国激光，45(11)，2018”，该方法是一种接触式的脉冲PAD，其利用超声换能器作为检测装置，并且仍然需要超声换能器浸到水面之下，也无法应用于临床研究。再有，该方法还需要知道红细胞穿过探测光焦点的距离，这在现实中是无法测量的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种光声多普勒流速测量装置及方法，利用干涉光来检测所产生的光声信号，从而摆脱了传统超声换能器装置利用率低、灵敏度差的问题。本专利技术应用时仅需要激发光和两束检测光，而不再需要声学换能器，这种纯光学的检测方式更易耦合，有益于进一步缩小装置的体积。此外，由于本专利技术摒弃了超声换能器这种检测超声波的方式，也就不再需要在接触表面涂抹声耦合介质，使应用前景更加广泛。本专利技术应用时采用双探测光进行多普勒流速测量，可以沿不同方向测量流速，消除了多普勒角的影响，使流速测量结果更准确。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光声多普勒流速测量装置，包括第一光学干涉检测系统、第二光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统、与门电路及计算机；所述第一光学干涉检测系统一端与计算机内的数据采集卡进行电连接，第一光学干涉检测系统另一端与与门电路进行电连接；所述第二光学干涉检测系统一端与计算机内的数据采集卡进行电连接，第二光学干涉检测系统另一端与与门电路进行电连接；所述与门电路与光声激发系统进行电连接，光声激发系统与计算机进行电连接；所述扫描系统与第一光学干涉检测系统和第二光学干涉检测系统均进行光连接，扫描系统与样品进行光连接；所述光声激发系统与扫描系统进行光连接。
[0010]所述第一光学干涉检测系统包括第一探测光源、第一环形器、第一2
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2光纤耦合器、第一准直器、第一反射镜、第一平衡探测器、第一高通滤波器及第一电压比较器；所述第一探测光源、第一环形器、第一2
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2光纤耦合器及第一准直器之间依次通过光纤进行连接，所述第一反射镜与第一准直器之间进行光连接；所述第一平衡探测器与第一环形器和第一2
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2光纤耦合器均通过光纤进行连接；所述第一平衡探测器输出的电压信号一路接入第一高通滤波器，另一路接入第一电压比较器；所述第一高通滤波器与计算机的数据采集卡进行电连接；所述第一电压比较器与与门电路进行电连接。
[0011]所述第二光学干涉检测系统包括第二探测光源、第二环形器、第二2
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2光纤耦合器、第二准直器、第二反射镜、第二平衡探测器、第二高通滤波器及第二电压比较器；所述第二探测光源、第二环形器、第二2
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2光纤耦合器及第二准直器之间依次通过光纤进行连接，所述第二反射镜与第二准直器之间进行光连接；所述第二平衡探测器与第二环形器和第二2
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2光纤耦合器均通过光纤进行连接；所述第二平衡探测器输出的电压信号一路接入第二高通滤波器，另一路接入第二电压比较器；所述第二高通滤波器与计算机的数据采集卡进行电连接；所述第二电压比较器与与门电路进行电连接。
[0012]所述光声激发系统包括脉冲激光光源、第一透镜、第二透镜及第三反射镜；所述与门电路输出的触发信号接入脉冲激光光源，脉冲激光光源与计算机进行电连接；所述脉冲激光光源输出的激发光依次通过第一透镜及第二透镜射向第三反射镜。
[0013]所述扫描系统包括第三准直器、第四准直器、二色镜、扫描振镜及第三透镜；所述
第三准直器与第一2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第三准直器输出的第一检测光依次通过二色镜、扫描振镜及第三透镜射向样品；所述第四准直器与第二2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第四准直器输出的第二检测光依次通过二色镜、扫描振镜及第三透镜射向样品；由所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声多普勒流速测量装置，其特征在于：包括第一光学干涉检测系统、第二光学干涉检测系统、光声激发系统、扫描系统、与门电路及计算机；所述第一光学干涉检测系统一端与计算机内的数据采集卡进行电连接，第一光学干涉检测系统另一端与与门电路进行电连接；所述第二光学干涉检测系统一端与计算机内的数据采集卡进行电连接，第二光学干涉检测系统另一端与与门电路进行电连接；所述与门电路与光声激发系统进行电连接，光声激发系统与计算机进行电连接；所述扫描系统与第一光学干涉检测系统和第二光学干涉检测系统均进行光连接，扫描系统与样品进行光连接；所述光声激发系统与扫描系统进行光连接。2.根据权利要求1所述的一种光声多普勒流速测量装置，其特征在于：所述第一光学干涉检测系统包括第一探测光源、第一环形器、第一2
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2光纤耦合器、第一准直器、第一反射镜、第一平衡探测器、第一高通滤波器及第一电压比较器；所述第一探测光源、第一环形器、第一2
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2光纤耦合器及第一准直器之间依次通过光纤进行连接，所述第一反射镜与第一准直器之间进行光连接；所述第一平衡探测器与第一环形器和第一2
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2光纤耦合器均通过光纤进行连接；所述第一平衡探测器输出的电压信号一路接入第一高通滤波器，另一路接入第一电压比较器；所述第一高通滤波器与计算机的数据采集卡进行电连接；所述第一电压比较器与与门电路进行电连接。3.根据权利要求2所述的一种光声多普勒流速测量装置，其特征在于：所述第二光学干涉检测系统包括第二探测光源、第二环形器、第二2
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2光纤耦合器、第二准直器、第二反射镜、第二平衡探测器、第二高通滤波器及第二电压比较器；所述第二探测光源、第二环形器、第二2
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2光纤耦合器及第二准直器之间依次通过光纤进行连接，所述第二反射镜与第二准直器之间进行光连接；所述第二平衡探测器与第二环形器和第二2
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2光纤耦合器均通过光纤进行连接；所述第二平衡探测器输出的电压信号一路接入第二高通滤波器，另一路接入第二电压比较器；所述第二高通滤波器与计算机的数据采集卡进行电连接；所述第二电压比较器与与门电路进行电连接。4.根据权利要求3所述的一种光声多普勒流速测量装置，其特征在于：所述光声激发系统包括脉冲激光光源、第一透镜、第二透镜及第三反射镜；所述与门电路输出的触发信号接入脉冲激光光源，脉冲激光光源与计算机进行电连接；所述脉冲激光光源输出的激发光依次通过第一透镜及第二透镜射向第三反射镜。5.根据权利要求4所述的一种光声多普勒流速测量装置，其特征在于：所述扫描系统包括第三准直器、第四准直器、二色镜、扫描振镜及第三透镜；所述第三准直器与第一2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第三准直器输出的第一检测光依次通过二色镜、扫描振镜及第三透镜射向样品；所述第四准直器与第二2
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2光纤耦合器通过光纤进行连接，第四准直器输出的第二检测光依次通过二色镜、扫描振镜及第三透镜射向样品；由所述第三反射镜反射的激发光依次通过二色镜、扫描振镜及第三透镜射向样品；所述激发光、第一检测光及第二检测光在样品内部汇聚在一点上用以产生光声信号。6.一种光声多普勒流速测量方法，采用了权利要求1所述的光声多普勒流速测量装置，其特征在于包括如下步骤：步骤一：启动第一探测光源和第二探测光源；其中，由第一探测光源发出的激光依次经过第一环形器和第一2
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2光纤耦合器后分两路输出，一路作为第一参考光依次通过第一准
直器及第一反射镜后并原路返回第一2
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2光纤耦合器，另一路作为第一检测光依次经过第三准直器、二色镜、扫描振镜、第三透镜及样品后并原路返回第一2
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2光纤耦合器；同时，由第二探测光源发出的激光依次经过第二环形器和第二2
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2光纤耦合器后分两路输出，一路作为第二参考光依次通过第二准直器及第二反射镜后并原路返回第二2
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2光纤耦合器，另一路作为第二检测光依次经过第四准直器、二色镜、扫描振镜、第三透镜及样品后并原...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，施家正，马振鹤，赵玉倩，周红仙，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：