【技术实现步骤摘要】
本申请涉及成像，特别是涉及一种基于相位调制的全光学超声成像系统。
技术介绍
1、心血管疾病是世界上死亡率最高的疾病之一，全世界每年约有两千万人死于该疾病。造成心血管疾病发生最常见的原因是易损性动脉粥样硬化斑块破裂和随后血栓的形成，而易损性斑块典型特征为具有薄纤维帽和大的坏死核心。因此，对易损斑块的精准评估需要血管内影像技术具备高分辨率和大探测深度，以提供纤维帽的厚度和坏死核心占比等信息，然而目前血管内影像技术尚无法提供高分辨、整体的血管内壁形态学信息。血管内超声成像设备在心血管疾病评估中发挥着积极作用，30多年来一直是介入导管室的重要工具。然而，血管内超声成像设备受到传统压电换能器的带宽限制，而且考虑到高频超声在组织中的高衰减，血管内超声成像必须在分辨率和探测深度之间进行权衡。
2、目前存在一种全光学血管内超声成像方法，该方法利用皮秒激光脉冲激励碳纳米复合材料产生大带宽超声，利用光纤布拉格光栅进行超声检测，实现了传统技术难以实现的超宽带(147％)和高分辨率血管内超声成像，解决了高分辨率与大探测深度不兼容的难题。该方法利用强度调制技术调制超声信号，强度调制是将连续激光器的波长调到布拉格光栅反射谱的线性区间，使得波长信息转变为强度信息，这种强度调制技术的主要优点是简单和相对低成本，因为它的实现只需要一个可调谐激光器和一个光电探测器。
3、但是，强度调制技术中的主要噪声源是光电探测器噪声，虽然使用更高的激光功率或更高q因子的谐振器可以很容易地提高灵敏度，但是当功率和q因子足够高时，激光频率噪声成为主导噪声因子
4、针对现有的基于强度调制的全光学超声成像系统受激光频率噪声的影响，无法实现对超声信号的高精度检测的问题，目前亟需一种有效的解决方案。
技术实现思路
1、本公开的实施例提供了一种基于相位调制的全光学超声成像系统。以至少解决现有技术中存在的现有的基于强度调制的全光学超声成像系统受激光频率噪声的影响，无法实现对超声信号的高精度检测的技术问题。
2、根据本公开实施例，提供了一种基于相位调制的全光学超声成像系统，包括：激光组件、超声探测器、干涉装置以及成像组件；激光组件用于向干涉装置提供连续的激光；干涉装置包括参考光纤臂、样品光纤臂和光程调节装置，并位于超声探测器和成像组件之间；其中，干涉装置用于将激光分成输入至参考光纤臂的参考光和输入至样品光纤臂的探测光，并将探测光传递至超声探测器进行相位调制；光程调节装置用于调节参考光纤臂和样品光纤臂之间的光程差；并且，干涉装置还用于形成参考光和相位调制后的探测光的干涉光，并将干涉光输入至成像组件；超声探测器用于产生超声波，将超声波投射至待测区域，并响应于待测区域的超声回波对探测光进行相位调制；以及成像组件用于根据干涉光生成对应的图像。
3、可选地，光程调节装置包括光纤拉伸器和第一pid控制器，成像组件包括平衡探测器；并且其中光纤拉伸器设置于参考光纤臂上；平衡探测器用于将干涉光的相位信息转换为光强信息，并将光强信息传输至第一pid控制器；第一pid控制器用于根据光强信息控制光纤拉伸器拉伸参考光纤臂的光纤的拉伸强度。
4、可选地，干涉装置还包括波长调节装置，样品光纤臂上设置有1×2光纤耦合器；其中，1×2光纤耦合器用于将相位调制后的探测光分成两部分，并将其中一部分相位调制后的探测光传输至波长调节装置；波长调节装置用于根据1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光调节激光组件产生的激光的波长。
5、可选地，波长调节装置包括光电探测器和第二pid控制器；其中，光电探测器用于将1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光的光强信息转换为模拟电信号，并将模拟电信号中的dc数据传输到第二pid控制器；第二pid控制器用于根据dc数据调节激光组件产生的激光的波长。
6、可选地，干涉装置还包括20:80光纤耦合器和50:50光纤耦合器，并且参考光纤臂和样品光纤臂设置于20:80光纤耦合器和50:50光纤耦合器之间；其中，20：80光纤耦合器用于将激光分成输入至参考光纤臂的参考光和输入至样品光纤臂的探测光；50:50光纤耦合器用于形成参考光和相位调制后的探测光的干涉光，并将干涉光输入至成像组件。
7、可选地，样品光纤臂包括光纤环形器，光纤环形器设置于20:80光纤耦合器和1×2光纤耦合器之间，用于将探测光传输至超声探测器，接收超声探测器传输的相位调制后的探测光，以及将相位调制后的探测光传输至1×2光纤耦合器。
8、可选地，样品光纤臂包括一个可调的光延迟线，光延迟线用于为参考光引入时间延迟。
9、可选地，成像组件还包括带通滤波器、数据采集卡和图像显示器；其中带通滤波器用于过滤平衡探测器传输的光强信息的低频信号；数据采集卡用于将过滤低频信号后的光强信息转换为数字信号；图像显示器用于根据数字信号进行图像显示。
10、可选地，超声探测器包括超声波产生组件和超声回波检测组件；超声波产生组件用于产生超声波并将超声波投射至待测区域；超声回波检测组件用于响应于待测区域的超声回波对探测光进行相位调制。
11、可选地，超声波产生组件包括脉冲激光器和激光超声换能器；其中脉冲激光器用于产生脉冲激光并将脉冲激光传输至激光超声换能器；激光超声换能器用于将脉冲激光转换为超声波，并将超声波投射至待测区域。
12、本申请提出的基于相位调制的全光学超声成像系统包括激光组件、超声探测器、干涉装置以及成像组件。首先通过超声探测器产生超声波并投射至待测区域，超声波被待测区域内的组织反射后产生超声回波。然后，通过激光组件向干涉装置提供连续的激光，干涉装置将激光分成参考光和探测光，参考光输入至参考光纤臂，探测光输入至样品光纤臂后传递至超声探测器。超声探测器响应于待测区域的超声回波对探测光进行相位调制，之后将相位调制后的探测光传递至干涉装置。最后，通过光程调节装置调节参考光纤臂和样品光纤臂之间的光程差，之后干涉装置形成参考光和相位调制后的探测光的干涉光，并将干涉光输入至成像组件，成像组件根据干涉光生成对应的图像。在本申请中，可以通过光程调节装置调节干涉装置的两臂光程差锁定为正交，此时干涉装置的输出光强对于相位变化最为敏感，因此可以提供最大的相位变化到光强变化的转换效率，任何超声波引起的样品光纤臂微小的相位变化能够被高效地转换为光强变化，可以显著降低激光频率噪声的影响，从而实现对超声信号的高精度检测，有效提高了全光学超声成像系统的信噪比。进而解决了现有的基于强度调制的全光学超声成像系统受激光频率噪声的影本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相位调制的全光学超声成像系统，其特征在于，包括：激光组件、超声探测器、干涉装置以及成像组件；
2.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述光程调节装置包括光纤拉伸器和第一PID控制器，所述成像组件包括平衡探测器；并且其中
3.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述干涉装置还包括波长调节装置，所述样品光纤臂上设置有1×2光纤耦合器；其中，所述1×2光纤耦合器用于将相位调制后的探测光分成两部分，并将其中一部分相位调制后的探测光传输至所述波长调节装置；所述波长调节装置用于根据所述1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光调节所述激光组件产生的激光的波长。
4.根据权利要求3所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述波长调节装置包括光电探测器和第二PID控制器；其中，所述光电探测器用于将所述1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光的光强信息转换为模拟电信号，并将所述模拟电信号中的DC数据传输到所述第二PID控制器；所述第二PID控制器用于根据所述DC数据调节所述激光组件产生的激光的波长。
5.根据
6.根据权利要求5所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述样品光纤臂包括光纤环形器，所述光纤环形器设置于所述20：80光纤耦合器和所述1×2光纤耦合器之间，用于将所述探测光传输至所述超声探测器，接收所述超声探测器传输的相位调制后的探测光，以及将相位调制后的探测光传输至所述1×2光纤耦合器。
7.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述样品光纤臂包括一个可调的光延迟线，所述光延迟线用于为所述参考光引入时间延迟。
8.根据权利要求2所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述成像组件还包括带通滤波器、数据采集卡和图像显示器；其中所述带通滤波器用于过滤所述平衡探测器传输的光强信息的低频信号；所述数据采集卡用于将过滤低频信号后的光强信息转换为数字信号；所述图像显示器用于根据所述数字信号进行图像显示。
9.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述超声探测器包括超声波产生组件和超声回波检测组件；
10.根据权利要求9所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述超声波产生组件包括脉冲激光器和激光超声换能器；其中所述脉冲激光器用于产生脉冲激光并将所述脉冲激光传输至所述激光超声换能器；所述激光超声换能器用于将所述脉冲激光转换为超声波，并将所述超声波投射至所述待测区域。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相位调制的全光学超声成像系统，其特征在于，包括：激光组件、超声探测器、干涉装置以及成像组件；
2.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述光程调节装置包括光纤拉伸器和第一pid控制器，所述成像组件包括平衡探测器；并且其中
3.根据权利要求1所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述干涉装置还包括波长调节装置，所述样品光纤臂上设置有1×2光纤耦合器；其中，所述1×2光纤耦合器用于将相位调制后的探测光分成两部分，并将其中一部分相位调制后的探测光传输至所述波长调节装置；所述波长调节装置用于根据所述1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光调节所述激光组件产生的激光的波长。
4.根据权利要求3所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述波长调节装置包括光电探测器和第二pid控制器；其中，所述光电探测器用于将所述1×2光纤耦合器传输的相位调制后的探测光的光强信息转换为模拟电信号，并将所述模拟电信号中的dc数据传输到所述第二pid控制器；所述第二pid控制器用于根据所述dc数据调节所述激光组件产生的激光的波长。
5.根据权利要求3所述的全光学超声成像系统，其特征在于，所述干涉装置还包括20:80光纤耦合器和50:50光纤耦合器，并且所述参考光纤臂和所述样品光纤臂设置于所述20:80光纤耦合器和50:50光纤耦合器之间；其中，所述20:80光纤耦合器用于将所述激光分成输入至所述参考光纤臂的参考光和输入至所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，王力，马丁昽，王磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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