基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统及方法。本发明专利技术的超声换能器模块包括N个中心频率不同的超声换能器，N为≥2的自然数，成像区域划分为N个子扫描区间，结合换能器位置调节装置，每个超声换能器对每一个子扫描区间均进行一次且仅进行一次扫描，同一位置的信号均由不同频率的超声换能器各采集一次，能够快速且更大范围的接收光声层析和/或超声成像产生的不同频率范围的超声信号，经图像重建后能够获取多尺度的、高分辨率的光声和超声图像；扫描成像时采用相同的超声换能器，位置完全重合，无需配准操作；光声层析成像和超声成像双模态能够同时提供光声和超声两种模态的信息，实现组织信息的互补。实现组织信息的互补。实现组织信息的互补。

【技术实现步骤摘要】
基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及光学成像领域，具体涉及一种基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统及其成像方法。

技术介绍

[0002]光声层析成像技术使用激发光照射到生物组织，组织中吸收体由于吸收光热膨胀从而产生超声信号，通过超声探测器探测这些超声信号并进行重建可以得到组织的光吸收分布图像。光声层析成像作为一种新兴的成像技术，结合了光学成像的高对比度和声学的深穿透性优势，在生命科学和医学领域具备广泛的应用前景。
[0003]光声层析成像产生的超声频率范围与待成像物体的尺度直接相关。待成像物体尺寸越小发出的频率越高，反之尺寸越大，发出的频率越低。更宽频率的超声信号接收有利于各种尺度物体的成像。然而现有的压电超声换能器无论是单阵元超声换能器还是阵列超声换能器接收频率范围均较窄，可成像的物体的尺度范围有限。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提出了一种基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统及其成像方法。
[0005]本专利技术的一个目的在于提出一种基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统。
[0006]本专利技术的基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统包括：光声信号激发模块、超声耦合器、超声换能器模块、超声信号发送接收模块、三维定位模块和系统控制及成像模块；其中，光声信号激发模块的输出端包括多束光纤末端；超声换能器模块的端面连接超声耦合器；成像时超声耦合器通过超声耦合剂与待成像物体的表面接触，使得成像时超声换能器模块的端面经超声耦合器正对着待成像物体的表面；光声信号激发模块的输出端的多束光纤末端围绕超声换能器模块的端面对称分布，使得成像时多束光纤末端的输出光经超声耦合器均匀照射在超声换能器对着的待成像物体的表面上；光声信号激发模块的输出端、超声耦合器和超声换能器模块分别设置在三维定位模块上；超声换能器模块分别连接至超声信号发送接收模块和系统控制及成像模块；超声信号发送接收模块和三维定位模块分别连接至系统控制及成像模块；
[0007]超声换能器模块包括N个超声换能器、换能器位置调节装置和换能器位置调节装置控制器；其中，N个超声换能器的端面作为超声换能器模块的端面，N个超声换能器的中心频率不同，N为≥2的自然数；N个超声换能器位于换能器位置调节装置上，换能器位置调节装置连接至换能器位置调节装置控制器；换能器位置调节装置控制器连接至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块发送指令至换能器位置调节装置控制器，控制换能器位置调节装置；换能器位置调节装置用于调节N个超声换能器的位置；N个超声换能器为聚焦模式，N个超声换能器的焦点位于同一个平面即扫描面，也为超声换能器的虚拟点的探测面，扫描面平行于xy平面，且N个超声换能器位于同一条直线上，N个超声换能器所在的直线平行于y
轴；N个超声换能器分别连接至超声信号发送接收模块；
[0008]待成像物体在扫描面的成像区域沿x方向和y方向的尺寸分别为a和b；通过换能器位置调节装置，将N个超声换能器中相邻的两个超声换能器之间的间距调整为b/N；成像区域沿y方向均匀划分为N个子扫描区间；
[0009]对待成像物体进行光声层析成像和/或超声成像；成像前，三维定位模块带动光声信号激发模块的输出端、超声耦合器和超声换能器模块整体移动至正对着待成像物体的成像区域，通过超声耦合剂与待成像物体的表面接触；成像时，三维定位模块带动光声信号激发模块的输出端和超声换能器模块整体移动，使得N个超声换能器对待成像物体的成像区域进行扫描，N个超声换能器同时采集待成像物体的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号；每个超声换能器分别对应一个子扫描区间，三维定位模块带动N个超声换能器沿x方向对成像区域扫描一行后，向y方向移动一步，继续沿x方向扫描一行，直至每个超声换能器扫描所对应的子扫描区间的y方向的最后一行，从而N个超声换能器各自扫描的子扫描区间拼接成完整的成像区域，完成对成像区域的一次扫描；通过换能器位置调节装置改变N个超声换能器的位置，使得每个超声换能器分别对应一个新的子扫描区间，每个超声换能器继续对所对应的子扫描区间进行扫描，共扫描N次，从而每个超声换能器对每一个子扫描区间均进行一次且仅进行一次扫描；这种扫描方式保证在不增加成像扫描时间的情况下，每个成像位置的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号都被频率不同的N个超声换能器采集过一次，从而能够采集到更宽频率的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号，实现快速且多尺度的光声层析成像和/或超声成像；N个超声换能器通过超声信号发送接收模块将采集到的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号传输至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块对N个超声换能器采集的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号进行重建获得光声层析成像和/或超声图像，并进行单一模式或者光声层析成像和超声图像双模态的融合显示；由于光声层析成像和超声成像时采用相同的超声换能器，位置完全重合，无需配准操作。
[0010]对N个超声换能器采集的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号进行重建，在重建过程中不同的超声换能器乘以一个对应的比例系数，从而调节不同的频率在整个信号中所占的比例。
[0011]进行光声层析成像和超声图像双模态时既能够在一个扫描点先进行一种成像模态采集再进行另外一种成像模态采集，也能够在整个成像区域进行完一种成像模态扫描采集后再进行另一种成像模态扫描采集。
[0012]光声层析成像时等效为虚拟点探测换能器，即对待成像物体进行扫描成像时作为点探测换能器接收光声层析成像中的超声信号，根据采集的光声层析成像中的超声信号进行光声重建获得高分辨的层析图像。同时，超声换能器也能发出超声信号以用于超声成像。光声层析成像和超声成像双模态能够同时提供光声层析成像和超声成像两种模态的信息，实现组织信息的互补；N个超声换能器的中心频率不同，不同频率的换能器联合，能够接收更加宽频率范围的超声。
[0013]光声信号激发模块包括：激光器、分光镜、第一透镜、光纤束和光电探测器；其中，激光器为脉冲激光器，光纤束的一端为圆形单束光纤作为输入端，另一端分为多束光纤，每束光纤的形状为圆形或矩形，多束光纤末端作为光声信号激发模块的输出端；光声层析成
像时，激光器发出的激光经分光镜分出一小部分光被光电探测器探测作为同步信号，用于超声信号发送接收模块对光声层析成像中的超声信号的触发采集；分光镜分出大部分光经第一透镜耦合进单束光纤，然后经多束光纤末端输出，经超声耦合器后照射到待成像物体上，产生光声层析成像中的超声信号；N个超声换能器接收光声层析成像中的超声信号，并将接收到的光声层析成像中的超声信号转换为电信号，传输至超声信号发送接收模块变为数字信号后传输至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块进行光声重建。进一步，光声信号激发模块还包括第二透镜，输出端的多束光纤末端的每束后根据照射面积需要连接有一个第二透镜，第二透镜位于超声耦合器的上方或在超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统，其特征在于，所述基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统包括：光声信号激发模块、超声耦合器、超声换能器模块、超声信号发送接收模块、三维定位模块和系统控制及成像模块；其中，光声信号激发模块的输出端包括多束光纤末端；超声换能器模块的端面连接超声耦合器；成像时超声耦合器通过超声耦合剂与待成像物体的表面接触，使得成像时超声换能器模块的端面经超声耦合器正对着待成像物体的表面；光声信号激发模块的输出端的多束光纤末端围绕超声换能器模块的端面对称分布，使得成像时多束光纤末端的输出光经超声耦合器均匀照射在超声换能器对着的待成像物体的表面上；光声信号激发模块的输出端、超声耦合器和超声换能器模块分别设置在三维定位模块上；超声换能器模块分别连接至超声信号发送接收模块和系统控制及成像模块；超声信号发送接收模块和三维定位模块分别连接至系统控制及成像模块；超声换能器模块包括N个超声换能器、换能器位置调节装置和换能器位置调节装置控制器；其中，N个超声换能器的端面作为超声换能器模块的端面，N个超声换能器的中心频率不同，N为≥2的自然数；N个超声换能器位于换能器位置调节装置上，换能器位置调节装置连接至换能器位置调节装置控制器；换能器位置调节装置控制器连接至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块发送指令至换能器位置调节装置控制器，控制换能器位置调节装置；换能器位置调节装置用于调节N个超声换能器的位置；N个超声换能器为聚焦模式，N个超声换能器的焦点位于同一个平面即扫描面，也为超声换能器的虚拟点的探测面，扫描面平行于xy平面，且N个超声换能器位于同一条直线上，N个超声换能器所在的直线平行于y轴；N个超声换能器分别连接至超声信号发送接收模块；待成像物体在扫描面的成像区域沿x方向和y方向的尺寸分别为a和b；通过换能器位置调节装置，将N个超声换能器中相邻的两个超声换能器之间的间距调整为b/N；成像区域沿y方向均匀划分为N个子扫描区间；对待成像物体进行光声层析成像和/或超声成像；成像前，三维定位模块带动光声信号激发模块的输出端、超声耦合器和超声换能器模块整体移动至正对着待成像物体的成像区域，通过超声耦合剂与待成像物体的表面接触；成像时，三维定位模块带动光声信号激发模块的输出端和超声换能器模块整体移动，使得N个超声换能器对待成像物体的成像区域进行扫描，N个超声换能器同时采集待成像物体的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号；每个超声换能器分别对应一个子扫描区间，三维定位模块带动N个超声换能器对成像区域进行扫描，从而N个超声换能器各自扫描的子扫描区间拼接成完整的成像区域，完成对成像区域的一次扫描；通过换能器位置调节装置改变N个超声换能器的位置，使得每个超声换能器分别对应一个新的子扫描区间，每个超声换能器继续对所对应的子扫描区间进行扫描，共扫描N次，从而每个超声换能器对每一个子扫描区间均进行一次且仅进行一次扫描；这种扫描方式保证在不增加成像扫描时间的情况下，每个成像位置的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号都被频率不同的N个超声换能器采集过一次，从而能够采集到更宽频率的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号，实现快速且多尺度的光声层析成像和/或超声成像；N个超声换能器通过超声信号发送接收模块将采集到的光声层析成像中的超声信号和/或超声成像中的超声信号传输至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块对N个超声换能器采集的光声层析成像中的超声信号和/
或超声成像中的超声信号进行重建获得光声层析成像和/或超声图像，并进行单一模式或者光声层析成像和超声图像双模态的融合显示；由于光声层析成像和超声成像时采用相同的超声换能器，位置完全重合，无需配准操作。2.如权利要求1所述的基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统，其特征在于，所述光声信号激发模块包括：激光器、分光镜、第一透镜、光纤束和光电探测器；其中，激光器为脉冲激光器，光纤束的一端为圆形单束光纤作为输入端，另一端分为多束光纤，每束光纤的形状为圆形或矩形，多束光纤末端作为光声信号激发模块的输出端；光声层析成像时，激光器发出的激光经分光镜分出一小部分光被光电探测器探测作为同步信号，用于超声信号发送接收模块对光声层析成像中的超声信号的触发采集；分光镜分出大部分光经第一透镜耦合进单束光纤，然后经多束光纤末端输出，经超声耦合器后照射到待成像物体上，产生光声层析成像中的超声信号；N个超声换能器接收光声层析成像中的超声信号，并将接收到的光声层析成像中的超声信号转换为电信号，传输至超声信号发送接收模块变为数字信号后传输至系统控制及成像模块；系统控制及成像模块进行光声重建。3.如权利要求1所述的基于多超声换能器的光声层析和超声成像系统，其特征在于，所述光声信号激发模块还包括第二透镜，输出端的多束光纤末端的每束后连接有一个第二透镜，第二透镜位于超声耦合器的上方或在超声耦合器内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国鹤，田涧，
申请(专利权)人：苏州芙迈蕾医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：