[发明专利]一种结合滑环的光声计算层析成像系统及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及光声计算层析成像技术，具体涉及一种结合滑环的光声计算层析成像系统及其成像方法。

背景技术

光声层析成像(Photoacoustic Tomography)PAT是一种基于光声效应的层析成像技术。该成像技术具有无创性，并结合了光学成像的高对比度和超声成像的高分辨率特性，能在较深层组织中获得较高分辨率的图像。

围绕物体进行环形探测是光声层析成像的重要实现方式，在小动物成像、关节成像和乳腺成像上都广泛使用。目前的环形探测系统主要包括两种形式：少数单超声换能器环形旋转探测，以及超声换能器阵列探测。前者需要相对较长的时间，而且随着探头数目增加旋转时容易出现信号线盘绕的情况；后者只需少量或无需旋转扫描，大大缩短了成像所需时间，但成本远高于前者。

发明内容

为了克服以上现有技术中存在的问题，本发明将滑环引入到光声计算层析成像系统，形成了结合滑环的光声计算层析成像系统及其成像方法。

本发明的一个目的在于提供一种结合滑环的光声计算层析成像系统。

本发明的光声计算层析成像系统包括：多个超声换能器、圆环、滑环、电动旋转台、机架、激光器、扩束器、圆锥镜体、检查台、透声反光镜、水槽和计算机；其中，滑环包括外侧的动子和内部的定子，二者同轴；定子固定在机架上，并且在定子的中心具有通孔；动子的一底面固定于电动旋转台，另一底面固定圆环，圆环与滑环同轴；多个超声换能器均匀地安装在圆环上；检查台放置在透声反光镜的中央，与超声换能器一起放置在水槽内；激光器发出脉冲激光，经扩束器扩束后竖直入射到圆锥镜体，经反射形成半径沿传播方向随传播距离不断增大的圆环状光束，经透声反光镜反射，在水平面内聚光照射至放置在检查台上的待测体上，产生超声波，经透声反光镜透射，超声换能器接收超声波，将声信号转换为电信号，电信号经前置放大器放大后通过滑环，随后经次级放大器放大、数据采集卡信号数字化后传输至计算机，电动旋转台带动滑环的动子旋转，从而实现超声换能器围绕系统的中心轴旋转扫描。

本发明引入滑环，并对滑环进行改进，内侧为定子，外侧为动子，并把动子的底面半径加大，动子的底面半径是定子半径的2～4倍，超声换能器固定在滑环外侧的动子上，从而获得更大的成像范围。现有技术中，滑环的装配底面为水平朝向，级轴向为水平方向，而本发明中滑环采用装配底面朝下的摆放，即滑环的轴向沿竖直方向，方便超声换能器由上而下地固定，有利于动子与超声换能器和电动旋转台固定。滑环中心处设置有通孔，方便待测体自由穿过滑环。

在滑环外侧的动子上，通过圆环均匀地固定多个超声换能器，超声换能器的个数为N，N为大于2的自然数，相邻的两个超声换能器之间的夹角为360°/N，超声换能器扫描一层需要旋转的角度为360°/N；并且旋转时不会出现信号线盘绕的情况，从而相对单个超声换能器探测缩短了探测时间；滑环的成本较为低廉，装配滑环和多个超声换能器的系统的价格也远低于超声换能器阵列，从而降低系统的研发成本。超声换能器统一固定于圆环，随后把圆环装配到滑环上，这样便可在系统外把所有超声换能器对准中心轴，简化了系统的校准难度。

滑环上不仅可以装配多个超声换能器，而且能够替换不同频率的超声换能器，低频超声换能器可探测生物内部器官的宏观形态，高频超声换能器可得到内部脏器的精细结构，从而进行多尺度的成像。多个超声器可以采用相同的频率，也可以分别采用不同的频率。

进一步配合轴向的电动平移台带动检查台，将检查台安装在可沿轴向平移的电动平移台上，该系统便能进行三维成像。