[发明专利]融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多模态成像技术，特别是涉及一种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统。

背景技术

单模态影像技术只能依据被测样品的某一方面特性的变化来成像，不能多方面的获取样品的丰富信息及其内在关联，具有一定的应用局限性。如超声成像（Ultrasonic Imaging，USI）只反映样品的声阻抗特性，它具有高穿透性的优点，但成像对比度很低，且由于样品界面多次反射及旁瓣干扰出现假反射现象易造成误判断；光声成像（Photoacoustic Imaging，PAI）只反映样品对光的吸收特性，其采用宽带超声探测器检测超声波代替纯光学成像中检测散射光子，有效的避免了样品对光的强散射性影响，一般可达到2-5厘米的探测深度，并且分辨率可达几十到几百微米量；光学相干层析成像（Optical Coherence　Tomography，OCT）只反映样品对光的散射特性，但一般来说样品对光的反射率的变化很微小，并且随着光的穿透深度增加，光在样品中的强散射性造成其成像空间分辨率急速下降，一般只能达到1-5毫米的探测深度，但分辨率可达几微米到几十微米。

当前影像技术发展的一种趋势是多模态成像，即将不同模态的影像技术相互结合以提供更加丰富的影像信息，如USI/PAI技术，USI图像可提供样品的声阻抗信息，同时PAI图像可提供样品的光学吸收信息；PAI/OCT技术，PAI图像可提供样品的光学吸收信息，同时OCT图像可提供样品的光散射特性。单模态成像只能观测到一个方面信息，而多模态成像可以同时观测到两个甚至两个以上方面的信息，这对研究物体内不同系统之间的相互作用至关重要。

发明内容

本发明的目的就是提供一种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统，它将超声成像、光声成像和光学相干层析成像三种不同功能的影像技术便携式集成一体，可达到三种影像模式的任意组合应用。

本发明的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法，包括以下步骤：

1、激光二极管发射的脉冲激光经透镜组、分色镜和透镜组聚焦后照射在样品上激发出光声信号，超声传感器接收光声信号，经由开关电路和预处理电路后采集进计算机；

2、脉冲电压发生器发射的脉冲电压经开关电路施加到超声传感器上激发出超声信号，超声信号穿过样品台辐射到样品上并反射回，超声传感器再接收超声回波信号，经由开关电路和预处理电路后采集进计算机；

3、发光二极管发出的弱相干激光由光纤导出，经光纤耦合器分成两路，其中一路光为探测光由光纤导出，经透镜组、分色镜和透镜组聚焦后照射在样品上，反射后经透镜组、分色镜、透镜组、光纤、光纤耦合器和光纤后照射在光电探测器上；

4、发光二极管发出的连续激光经光纤和光纤耦合器后的另一路光为参考光，经光纤和透镜组照射在反射镜上，反射后经透镜组、光纤、光纤耦合器和光纤后照射在光电探测器上；

5、反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器检测到，经锁相放大器后采集进信号处理器；

6、三维平移台带动上表面放有样品的样品台做二维平移扫描。

上述步骤1和6可有效探测样品激发出的光声信号，获取样品的光吸收特性，实现对样品的光声成像。

上述步骤2和6可有效探测样品反射的超声回波，获取样品的声阻抗特性，实现对样品的超声成像。

上述步骤3-6可有效探测样品的散射光子，获取样品的光散射特性，实现对样品的光学相干层析成像。

本发明的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法的系统，由控制与处理单元、分光与聚焦单元构成，所述控制与处理单元包括激光二极管、发光二极管、光电探测器、锁相放大器、计算机、预处理电路、时序控制器、脉冲电压发生器、开关电路、超声传感器、三维平移台、样品台；所述分光与聚焦单元包括光纤、光纤耦合器、透镜组、反射镜、分色镜、光路外壳。

所述超声传感器、开关电路、预处理电路、计算机依次导线连接，所述开关电路还与脉冲电压发生器导线连接；所述时序控制器与激光二极管、锁相放大器、脉冲电压发生器分别导线连接；所述光电探测器、锁相放大器、计算机依次导线连接；所述计算机与三维平移台导线连接，所述三维平移台还与反射镜、样品台连接；所述光纤耦合器通过光纤分别与发光二极管、光电探测器连接。

所述透镜组可分别由一块或多块透镜组合而成。

所述反射镜可由三维平移台带动做一维平移。