[发明专利]基于光学光谱的超声位移差异成像方法

说明书

本发明涉及一种基于光学光谱的超声位移差异成像方法，其特征在于，包括以下步骤：超声探头照射样品后，得到加热前超声成像图；由连续激光器加热样品；加热结束后，得到加热后超声成像图；根据时间延迟得到加热前后样品的温度变化，由此得到加热前后超声成像的散斑变化；利用光斑追踪算法，将加热前超声成像图与加热后超声成像图融合成最终的样品成像。本发明将传统的昂贵可调的脉冲激光源换成了低成本的连续激光器和超声成像系统，在大大缩减激光源成本的情况下获得传统脉冲‑回波式超声成像系统的高分辨率和高穿透深度。

技术领域

本发明涉及一种光声成像方法，属于光学光谱特性提取、超声成像、光声成像技术领域。

背景技术

光声成像是基于光声效应的、发展迅速的非侵入式成像技术。在这类系统中，样品经由激光照射后产生超声信号，被特定中心频率的探头接收用作二维或三维图像重构，可将样品的截面、断层或整体图像重现出来。在最近十年中，超声成像技术在生物医学领域获得了广泛的关注，它同时具有超声检测的高穿透特性和光学成像的高对比度。光声成像系统分类众多，较普遍的分类为两类：光声断层扫描成像和光声显微成像。然而目前这两类系统的低成本小型化设计均受到昂贵且体积庞大的激光源的限制。尽管已有部分研究旨在克服和突破光源带来的阻碍，例如采用激光二极管做激发源，但比起高输出功率、高重复频率的脉冲式激光器而言，它的成像的分辨率和对比度也将有相应程度的下降。

发明内容

本发明的目的是：在大大缩减激光源成本的情况下，获得和脉冲式高输出功率的激光器达到相同成像质量的光声成像方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于光学光谱的超声位移差异成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、超声探头照射样品后，利用接收到的加热前脉冲-回波式超声信号成像，得到加热前超声成像图；

步骤2、由连续激光器加热样品；

步骤3、加热结束后，用步骤1的超声探头再次照射样品，利用接收到的加热后脉冲-回波式超声信号成像，得到加热后超声成像图；

步骤4、加热后脉冲-回波式超声信号与加热前脉冲-回波式超声信号的时间延迟与特定波长下的光吸收常数线性相关，根据时间延迟得到声速变化，再根据声速变化得到加热前后样品的温度变化，由此得到加热前后超声成像的散斑变化，其中，时间延迟是指样品加热前后经过样品的超声信号的穿越时间差；

步骤5、根据步骤4得到的散斑变化，利用光斑追踪算法，将加热前超声成像图与加热后超声成像图融合成最终的样品成像。

优选地，在所述步骤1中，样品由介质包围，则：

在所述步骤4中，由于加热引起的声速变化v_t(λ_i)表示为：

式中，i表示多个连续激光器的序号，λ_i表示第i个连续激光器的波长，v_i表示介质在0℃时的声速，a表示声速随温度增加时的变化因子，T表示样品周围环境温度，ΔT(λ_i)表示样品由于连续激光器加热引起的瞬态升温，η_th表示光热转换效率，μ_a(λ_i)表示在波长为λ_i时对应的光热吸收常数，F表示光通量，ρ表示样品密度，C_V表示等容比热容。

本发明将传统的昂贵可调的脉冲激光源换成了低成本的连续激光器和超声成像系统，在大大缩减激光源成本的情况下获得传统脉冲-回波式超声成像系统的高分辨率和高穿透深度。

附图说明

图1为本发明提供的方法的流程图；

图2为用于实现本发明方法的装置简图；