基于PVDF-ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于PVDF

【技术实现步骤摘要】
基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统及成像方法


[0001]本专利技术涉及光声成像的
，具体涉及一种基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统及成像方法。

技术介绍

[0002]颅窗被广泛的应用于双光子荧光显微镜、光学相干层析成像和激光散斑对比成像等传统的光学成像领域。透明成像颅窗不仅能克服颅骨带来的光散射的影响，同时能够保留大脑生理环境，允许对大脑进行长期、直观的成像监测，对大脑功能建立更加全面的了解。光声成像是一种结合了光学成像和超声成像的非侵入式的成像技术，它同时具有光学成像的高对比度、高分辨率和超声成像的高穿透性的特点。光声成像建立在光产生声的基本原理，当用短脉冲激光照射在生物组织上时，生物组织吸收脉冲能量迅速膨胀产生超声，即光声信号，根据光声信号可以重建出反映生物组织结构和功能信息的图像。光声成像克服了一些传统成像方式的缺点，例如：与光学相干层析成像(OCT)相比，由于组织光学强散射性造成OCT的测量深度限制在毫米量级的浅层，而光声成像技术可达厘米量级；与纯超声成像相比，在声阻抗相差不大的区域超声成像的对比度很低，而光声成像则利用不同组织的吸收差异来重建出高对比度的图像。
[0003]尽管颅窗的发展显著增强了光学脑成像的分辨率，但是随着应用研究的深入发展，基于颅窗的高分辨光学成像受限于密集大脑组织的高散射特性，且受限于颅骨弧度结构的影响。与纯光学成像技术不同的是，在光声成像中，颅窗材料需要同时满足光学透明和声学透明。考虑到光声脑成像中需要同时接收光声信号，因此具有光学透明特性的压电材料是制备光声脑成像的优选方案。本专利中由透明锡
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铟氧化物(ITO)电极、聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料、环氧树脂背衬以及匹配层制备而成的透明成像颅窗不仅能克服颅骨带来的光散射的影响，同时能够保留大脑生理环境，允许对大脑进行长期、直观的成像监测，对大脑功能建立更加全面的了解。利用透明压电材料制备换能器用于光声成像的研究中，申请号202110861125.3的专利申请公开了一种基于透明柔性复合电极的高灵敏全透明光声探测器及内窥装置，该设计所使用的双面抛光极化的铌酸锂压电晶体材料不如PVDF压电材料柔韧性好，无法匹配颅骨自然解剖学的弧形特征制作换能器颅窗，造成有效检测范围小，无法获取全脑光声成像。利用弧形换能器进行光声成像研究中，申请号202110925648.X的专利申请公开了一种弧形换能器阵列及其制备方法，该方法设计3D打印小型曲面网格模具不如参照颅骨三维模型自主设计匹配颅骨弧度的模具，无法匹配颅骨形态学结构，造成声阻抗的增加，无法提高声学检测灵敏度。在柔性基地曲，面光声成像系统中，申请号201610743856.7的专利申请公开了一种柔性基底MEMS器件曲面阵列光声成像系统，改设计所使用的MEMS声换能器阵列层、柔性印刷电路版互联层、MEMS微镜阵列及光纤通道层不如锡
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铟氧化物(ITO)电极、聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料以及环氧树脂背衬材料的透光性好，无法达到透光率大于80％，造成光学激发信号的减弱，无法获取高分辨率光声成像。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的将透明颅窗技术引入到光声脑成像中，克服在高分辨的光学成像中由于繁杂的手术操作破坏了颅骨引发硬脑膜感染，从而造成颅骨及硬脑膜上丰富的神经与免疫系统损伤的问题，提供了一种基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统及成像方法，在保证颅骨完整免疫系统的情况下实现对大脑微血管准确长期安全的成像研究，为慢性脑血管疾病的研究提供技术支持。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统，包括弧形透明换能器、透明换能器颅窗和光声脑成像单元，所述弧形透明换能器与透明换能器颅窗连接，脉冲激光经过透明换能器颅窗后在光声脑成像单元中成像，其中：
[0007]所述弧形透明换能器由透明锡
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铟氧化物ITO电极、聚偏氟乙烯PVDF压电材料、导线银丝、环氧树脂背衬层以及弧形结构匹配层制备而成，并根据颅骨弧形结构进行设计；在不锈钢治具倒置中，依次按顺序放置环氧树脂背衬层、第一导线银丝、设计好的PVDF
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ITO压电薄膜、第二导线银丝、匹配层，各个结构层之间涂抹少量的环氧树脂进行固定；所述PVDF
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ITO压电薄膜为ITO
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PVDF
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ITO的夹层薄膜结构；
[0008]所述透明换能器颅窗通过换能器连接环将弧形透明换能器与头皮组织密封结合，保证手术部位的生理状态稳定性且颅窗制备过程中不损伤颅骨结构，透明换能器颅窗提供光学透明成像窗口的同时用于接收光声信号；
[0009]所述光声脑成像单元包括光学激发扫描模块和信号处理重建模块；其中光学激发扫描模块包括顺序连接的532nm激光器、第一光阑、第一光纤耦合器、第一光纤跳线、第一光纤准直器、第一反射镜，顺序连接的1064nm激光器、第二光阑、第二光纤耦合器、第二光纤跳线、第二光纤准直器、第二反射镜，以及二维振镜扫描仪和扫描透镜，所述第一反射镜和第二反射镜连接后与二维振镜扫描仪连接，所述二维振镜扫描仪与扫描透镜连接；所述信号处理重建模块包括顺序连接的前置放大滤波系统、数据采集系统、图像处理器和显示器；信号处理重建模块将透明换能器颅窗接收到的光声信号还原成光声脑图像，经过放大滤波之后重建出高分辨的三维光声脑图像。
[0010]作为优选的技术方案，所述弧形透明换能器的制备过程如下：
[0011]获取目标成像动物模型的颅骨参数，获取高精度的背衬模型，通过翻模的方法获取环氧树脂材料的背衬层；
[0012]将环氧树脂背衬层上下表面进行抛光处理增加其光学透过率；
[0013]将带有脱模剂的不锈钢治具倒置，依次按顺序放置环氧树脂背衬层、第一导线银丝、PVDF
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ITO压电薄膜、第二导线银丝和匹配层，各个结构层之间涂抹少量的环氧树脂进行固定；
[0014]匹配层上方加入PDMS保护层后由不锈钢治具压紧后放入保温箱中固化；
[0015]使用灌封胶将固化成型的弧形透明换能器固定到连接环中。
[0016]作为优选的技术方案，所述透明换能器颅窗的制备过程如下：
[0017]首先根据目标成像区域对皮肤进行脱毛处理，使用手术剪刀将颅骨上方的头皮移除，颅骨上方暴露位置的形状大小与设计的弧形透明换能器匹配；
[0018]对皮肤进行止血消炎清理，颅骨上方涂抹生理盐水保持颅骨湿润性；
[0019]使用α
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氰基丙烯酸酯将设计好的弧形透明换能器与手术切除的皮肤边缘进行快速止血粘合，保持内环境稳态；
[0020]使用固定结构将透明换能器连接环部位与周边皮肤进行固定连接；
[0021]通过高频同轴屏蔽线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统，其特征在于，包括弧形透明换能器、透明换能器颅窗和光声脑成像单元，所述弧形透明换能器与透明换能器颅窗连接，脉冲激光经过透明换能器颅窗后在光声脑成像单元中成像，其中：所述弧形透明换能器由透明锡
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铟氧化物ITO电极、聚偏氟乙烯PVDF压电材料、导线银丝、环氧树脂背衬层以及弧形结构匹配层制备而成，并根据颅骨弧形结构进行设计；在不锈钢治具倒置中，依次按顺序放置环氧树脂背衬层、第一导线银丝、设计好的PVDF
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ITO压电薄膜、第二导线银丝、匹配层，各个结构层之间涂抹少量的环氧树脂进行固定；所述PVDF
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ITO压电薄膜为ITO
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PVDF
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ITO的夹层薄膜结构；所述透明换能器颅窗通过换能器连接环将弧形透明换能器与头皮组织密封结合，保证手术部位的生理状态稳定性且颅窗制备过程中不损伤颅骨结构，透明换能器颅窗提供光学透明成像窗口的同时用于接收光声信号；所述光声脑成像单元包括光学激发扫描模块和信号处理重建模块；其中光学激发扫描模块包括顺序连接的532nm激光器、第一光阑、第一光纤耦合器、第一光纤跳线、第一光纤准直器、第一反射镜，顺序连接的1064nm激光器、第二光阑、第二光纤耦合器、第二光纤跳线、第二光纤准直器、第二反射镜，以及二维振镜扫描仪和扫描透镜，所述第一反射镜和第二反射镜连接后与二维振镜扫描仪连接，所述二维振镜扫描仪与扫描透镜连接；所述信号处理重建模块包括顺序连接的前置放大滤波系统、数据采集系统、图像处理器和显示器；信号处理重建模块将透明换能器颅窗接收到的光声信号还原成光声脑图像，经过放大滤波之后重建出高分辨的三维光声脑图像。2.根据权利要求1所述基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统，其特征在于，所述弧形透明换能器的制备过程如下：获取目标成像动物模型的颅骨参数，获取高精度的背衬模型，通过翻模的方法获取环氧树脂材料的背衬层；将环氧树脂背衬层上下表面进行抛光处理增加其光学透过率；将带有脱模剂的不锈钢治具倒置，依次按顺序放置环氧树脂背衬层、第一导线银丝、PVDF
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ITO压电薄膜、第二导线银丝和匹配层，各个结构层之间涂抹少量的环氧树脂进行固定；匹配层上方加入PDMS保护层后由不锈钢治具压紧后放入保温箱中固化；使用灌封胶将固化成型的弧形透明换能器固定到连接环中。3.根据权利要求1所述基于PVDF
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ITO透明换能器颅窗的光声脑成像系统，其特征在于，所述透明换能器颅窗的制备过程如下：首先根据目标成像区域对皮肤进行脱毛处理，使用手术剪刀将颅骨上方的头皮移除，颅骨上方暴露位置的形状大小与设计的弧形透明换能器匹配；对皮肤进行止血消炎清理，颅骨上方涂抹生理盐水保持颅骨湿润性；使用α
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氰基丙烯酸酯将设计好的弧形透明换能器与手术切除的皮肤边缘进行快速止血粘合，保持内环境稳态；使用固定结构将透明换能器连接环部位与周边皮肤进行固定连接；通过高频同轴屏蔽线与导线银丝相连将PVDF
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ITO压电薄膜接收光声信号后产生的电信号导出；
在弧形透明换能器上方加入PDMS保护层对弧形透明换能器与外界接触面进行保护，防止损坏背衬抛光面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志阳，谢雯洁，杨斐，杨思华，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：