一種高速大視場(chǎng)多光譜光聲成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于掃描層析成像技術(shù)，特別涉及一種高速多光譜大視場(chǎng)光聲掃描成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]F-theta透鏡是激光掃描成像系統(tǒng)中一種具有特殊要求的透鏡系統(tǒng)。它能將經(jīng)激光振鏡等掃描件反射后的激光束聚焦于掃描平面上而獲取一維或二維掃描像。它具有大視場(chǎng)、小相對(duì)孔徑、照度均勻以及像面為平面的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)、切割、打孔以及條紋碼識(shí)別等等方面。由于其易與各種掃描器件結(jié)合，而形成高響應(yīng)速度、大視場(chǎng)、聚焦光斑可按要求變化以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]光聲掃描層析成像技術(shù)是一門(mén)新興的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。它是基于光聲效應(yīng)原理，以超聲作為信息載體反映不同組織體對(duì)激光的吸收差異，能同時(shí)從形態(tài)與功能等方面多尺度的對(duì)組體的生理病理特征進(jìn)行多方位的刻畫(huà)。它秉承了光學(xué)與超聲成像的特點(diǎn)，具有高分辨，深成像深度且非電離、無(wú)損的成像特征，是當(dāng)前國(guó)際上熱門(mén)研宄領(lǐng)域之一。
[0004]然而，在疾病治療監(jiān)測(cè)中，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注藥物與標(biāo)靶組織體相互作用的動(dòng)力過(guò)程，這就對(duì)系統(tǒng)的成像速度有較高的要求。因此，研發(fā)實(shí)時(shí)、在體、便攜、無(wú)損的高速成像系統(tǒng)是當(dāng)前成像系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
[0005]目前，光聲掃描成像系統(tǒng)的成像速度主要三方面的因素影響:激光重復(fù)率、成像掃描方法以及成像算法。而激光重復(fù)率更多取決于激光器生產(chǎn)商的制造，很難能過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更改，而掃描方法則更側(cè)重于方法上的設(shè)計(jì)，可根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)前進(jìn)一步提高光聲掃描成像速度的主要途徑。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，光聲掃描成像系統(tǒng)獲取二維層析圖像的掃描方法主要有:1.機(jī)械平移臺(tái)或機(jī)械旋轉(zhuǎn)臺(tái)完成掃描，該類(lèi)掃描的特點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)點(diǎn)多，速度慢，且圖像反演速度還受成像算法運(yùn)行的時(shí)間影響以及機(jī)械移動(dòng)形成的圖像偽跡難以消除。這類(lèi)系統(tǒng)常見(jiàn)于早期的光聲掃描層析成像系統(tǒng)。2.二維振鏡掃描，該類(lèi)掃描方式常見(jiàn)于光聲顯微成像系統(tǒng)，其成像速度得到很大的提高，但是卻受到視場(chǎng)限制而難以在短時(shí)間內(nèi)獲取大面積的二維掃描圖像，且二維振鏡掃描控制則需兩個(gè)維度的配合，也增加了掃描時(shí)間的消耗與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度。3.機(jī)械平移與光學(xué)掃描相結(jié)合。這類(lèi)方式必定在其中一個(gè)方向上受視場(chǎng)小的影響且同時(shí)還受機(jī)械掃描的慢速影響，從而難以獲得更快的掃描速度。除此以外，還有采用有限角數(shù)據(jù)采集、電子掃描等等，但這些方法依然難以突破算法、視場(chǎng)的限制而獲得更高的成像速度與更大的視場(chǎng)空間。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供提供一種高速大視場(chǎng)多光譜的光聲掃描成像裝置，所述光聲掃描成像裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，易于便攜使用。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:一種高速大視場(chǎng)多光譜的光聲成像裝置，包括光聲激發(fā)光源發(fā)生組件、超聲耦合組件、光聲信號(hào)采集、器件掃描同步控制組件；光聲激發(fā)光源發(fā)生組件包括脈沖激光器3、激光親合器4、光纖5、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器6、反射鏡702、一維掃描振鏡701、F-theta透鏡組703，所述脈沖激光器3、激光耦合器4、光纖5、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器6、反射鏡702、一維掃描振鏡701、F-theta透鏡組703依次連接；超聲耦合組件包括水槽8、超聲耦合液、聲透膜801、超聲反射鏡10 ;光聲信號(hào)采集與器件掃描同步控制組件包括超聲傳感器9、基于FPGA控制電路2、計(jì)算機(jī)I ;基于FPGA控制電路2包括超聲信號(hào)調(diào)理、放大、采集電路、信號(hào)發(fā)生器；一維掃描振鏡701與基于FPGA控制電路2連接，超聲傳感器9與基于FPGA控制電路2連接，激光器3與基于FPGA控制電路2連接，基于FPGA控制電路2與計(jì)算機(jī)I連接；水槽8由合成樹(shù)脂制成長(zhǎng)方體，下方安裝有450超聲反射鏡10，側(cè)向開(kāi)口并覆蓋有聲透膜801 ;水槽8內(nèi)設(shè)有超聲耦合液。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)效果是:
[0010]1、利用一維掃描振鏡實(shí)現(xiàn)二維圖像的獲取，避開(kāi)了二維掃描所帶來(lái)的時(shí)間耗費(fèi)與設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
[0011]2、本實(shí)用新型利用了 F-theta透鏡組的特點(diǎn)能夠快速獲取大視場(chǎng)掃描成像，克服了現(xiàn)有高分辨光聲成像中的小視場(chǎng)問(wèn)題。
[0012]5、本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，易于便攜使用。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型一種高速大視場(chǎng)多光譜光聲成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型模擬樣品5根人體頭發(fā)示意圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型最終反演結(jié)果在計(jì)算機(jī)的顯示圖；
[0016]附圖標(biāo)示:1、計(jì)算機(jī)；2、基于FPGA控制電路；3、脈沖激光器；4、激光耦合器；5、光纖；6、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器；702、反射鏡；701、一維掃面振鏡；703、F-theta透鏡組；8、水槽；801、聲透膜；9、超聲傳感器；10、超聲反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0018]由圖1可見(jiàn)，本實(shí)用新型一種高速大視場(chǎng)多光譜光聲成像裝置包括光聲激發(fā)光源發(fā)生組件、超聲耦合組件、光聲信號(hào)采集、器件掃描同步控制組件；光聲激發(fā)光源發(fā)生組件包括脈沖激光器3、激光親合器4、光纖5、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器6、反射鏡702、一維掃描振鏡701、F-theta透鏡組703，所述脈沖激光器3、激光耦合器4、光纖5、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器6、反射鏡702、一維掃描振鏡701、F-theta透鏡組703依次連接；超聲耦合組件包括水槽8、超聲耦合液、聲透膜801、超聲反射鏡10 ;光聲信號(hào)采集與器件掃描同步控制組件包括超聲傳感器9、基于FPGA控制電路2、計(jì)算機(jī)I ;基于FPGA控制電路2包括超聲信號(hào)調(diào)理、放大、采集電路、信號(hào)發(fā)生器；一維掃描振鏡701與基于FPGA控制電路2連接，超聲傳感器9與基于FPGA控制電路2連接，激光器3與基于FPGA控制電路2連接，基于FPGA控制電路2與計(jì)算機(jī)I連接；水槽8由合成樹(shù)脂制成長(zhǎng)方體，下方安裝有450超聲反射鏡10，側(cè)向開(kāi)口并覆蓋有聲透膜801;水槽8內(nèi)設(shè)有超聲耦合液。
[0019]本裝置開(kāi)始運(yùn)行時(shí)其同步與掃描過(guò)程控制主要由計(jì)算機(jī)I通過(guò)軟件編程控制基于FPGA控制電路2生成同步控制信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)一維掃描振鏡701的掃描控制、脈沖激光器3的出光控制、超聲信號(hào)采集的同步控制?；贔PGA控制電路2采集到的信號(hào)經(jīng)由USB傳輸至計(jì)算機(jī)I完成存儲(chǔ)與顯示。其中，脈沖激光器3選用OPO激光器，可發(fā)出波長(zhǎng)為680-1000nm波段連續(xù)可調(diào)脈沖激光以及獨(dú)立輸出532nm或1064nm波長(zhǎng)脈沖激光，輸出激光經(jīng)由激光耦合器4、光纖5、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器6，擴(kuò)束至1mm光斑；激光先經(jīng)反射鏡702反射，再經(jīng)一維掃描振鏡701反射至自主設(shè)計(jì)的F-theta透鏡組703形成照度均勻、長(zhǎng)度為5-20mm的線型激光光斑；通過(guò)基于FPGA控制電路2控制一維掃描振鏡701驅(qū)動(dòng)伺服板實(shí)現(xiàn)激光一維步進(jìn)掃描，一維掃描振鏡701為T(mén)SH8618 —維掃描振鏡，掃描范圍±12° ;超聲傳感器9選用奧林巴斯水浸式非聚焦超聲換能器C308-SU，中心響應(yīng)頻率5MHz，帶寬2.25?
7.8MHz，采用自制的信號(hào)調(diào)理、放大電路對(duì)超聲信號(hào)實(shí)施調(diào)理、放大，增益0-40dB可調(diào)；基于FPGA控制電路2，采樣率50MHz，采集信號(hào)經(jīng)由USB傳輸至計(jì)算機(jī)I完成存儲(chǔ)，最后通過(guò)Matlab軟件無(wú)需復(fù)雜算法直接反演成像。
[0020]將上述裝置應(yīng)用于高速大視場(chǎng)多光譜光聲成像方法，模擬樣品基底由瓊脂粉(2g),蒸餾水(10ml)加熱至800C，并倒入玻璃皿冷凝后制成，內(nèi)中埋有不同深度的5根人體頭發(fā)，如圖2所示。利用三維載物平臺(tái)固定好位置，并置于F-theta透鏡組703正下方，保持欲觀測(cè)位置和超聲反射鏡10中間等高，樣品側(cè)面與聲透膜801接觸，中間用蒸餾水潤(rùn)滑與耦合。試驗(yàn)中選用脈寬為8ns的532nm波長(zhǎng)脈沖激光，激光器3輸出受基于FPGA控制電路2控制輸出重復(fù)率為1Hz的TTL信號(hào)觸發(fā)脈沖激光，該TTL信號(hào)還有部分用于采集觸發(fā)。激光輸出能量2mJ/cm2，經(jīng)F-theta透鏡組703調(diào)整后型成8_寬度的線型光聲激發(fā)光斑。激發(fā)的光聲信號(hào)經(jīng)由側(cè)向超聲反射鏡10反射后，由超聲換能器接收傳入信號(hào)調(diào)理與采集電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步采信。一維掃描振鏡701經(jīng)由基于FPGA控制電路2控制進(jìn)行步進(jìn)一維掃描，步長(zhǎng)0.1mm，共掃描20mm長(zhǎng)度，采集得到200個(gè)位置的一維時(shí)辨光聲信號(hào)。采集信號(hào)經(jīng)由USB接口傳輸至計(jì)算機(jī)1，并通過(guò)Matlab軟件實(shí)施進(jìn)一步處理與顯示，信號(hào)反演過(guò)程無(wú)需復(fù)雜算法，最終反演結(jié)果如圖3所示。
[0021]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該成像系統(tǒng)能夠通過(guò)一維掃描，快速實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微血管掃描成像。
[0022]以上實(shí)例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高速大視場(chǎng)多光譜光聲成像裝置，包括光聲激發(fā)光源發(fā)生組件、超聲耦合組件、光聲信號(hào)采集、器件掃描同步控制組件，其特征在于:光聲激發(fā)光源發(fā)生組件包括脈沖激光器(3)、激光親合器(4)、光纖(5)、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器(6)、反射鏡(702)、一維掃描振鏡(701)、F-theta透鏡組(703)，所述脈沖激光器(3)、激光耦合器(4)、光纖(5)、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束器(6)、反射鏡(702)、一維掃描振鏡(701)、F-theta透鏡組(703)依次連接；超聲耦合組件包括水槽(8)、超聲耦合液、聲透膜(801)、超聲反射鏡(10);光聲信號(hào)采集與器件掃描同步控制組件包括超聲傳感器(9)、基于FPGA控制電路(2)、計(jì)算機(jī)(I);基于FPGA控制電路(2)包括超聲信號(hào)調(diào)理、放大、采集電路、信號(hào)發(fā)生器；一維掃描振鏡(701)與基于FPGA控制電路(2)連接，超聲傳感器(9)與基于FPGA控制電路(2)連接，激光器(3)與基于FPGA控制電路⑵連接，基于FPGA控制電路⑵與計(jì)算機(jī)(I)連接；水槽⑶由合成樹(shù)脂制成長(zhǎng)方體，下方安裝有45°超聲反射鏡(10)，側(cè)向開(kāi)口并覆蓋有聲透膜(801);水槽⑶內(nèi)設(shè)有超聲耦合液。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高速大視場(chǎng)多光譜光聲掃描成像裝置，包括光聲激發(fā)光源發(fā)生組件、超聲耦合組件、光聲信號(hào)采集、器件掃描同步控制組件。光聲信號(hào)采集與器件掃描同步控制組件包括超聲傳感器(9)、基于FPGA控制電路(2)、計(jì)算機(jī)(1)；基于FPGA控制電路(2)包括超聲信號(hào)調(diào)理、放大、采集電路、信號(hào)發(fā)生器；一維掃描振鏡(701)與基于FPGA控制電路(2)連接，超聲傳感器(9)與基于FPGA控制電路(2)連接，激光器(3)與基于FPGA控制電路(2)連接，基于FPGA控制電路(2)與計(jì)算機(jī)(1)連接，該掃描成像裝置簡(jiǎn)易，造價(jià)低廉，便攜且易于推廣與臨床監(jiān)測(cè)。
【IPC分類(lèi)】G01N21-25, G01N21-17, A61B8-00, A61B5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204542067
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520154328
【發(fā)明人】謝文明, 鄭少鋒, 黃詩(shī)浩, 林抒毅, 邵明, 聶明星, 蔣新華, 蔡思靜
【申請(qǐng)人】福建工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日