[发明专利]基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置及方法

权利要求书

1.基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，包括光源组件、机械扫描组件、光纤耦合组件、信号采集组件和计算机，所述计算机与光源组件和信号采集组件电器连接，控制所述的光源组件发射脉冲激光和保存并处理所述信号采集组件采集的数据；

所述机械扫描组件包括伺服电机、电机控制电路、变速齿轮组件、偏心轮、连接杆、水平传动杆、固定基座、位置传感器和光声/超声一体化成像探头，所述伺服电机、变速齿轮组件、水平传动杆均设置在固定基座上，所述计算机与电机控制电路连接，计算机通过电机控制电路控制伺服电机匀速运动，所述传动杆的位置信息由位置传感器实时记录；

所述变速齿轮组件包括主动轮和从动轮，所述伺服电机的转轴与变速齿轮组的主动轮同轴刚性连接，变速齿轮组件的主动轮驱动从动轮转动，从动轮与偏心轮的轴心同轴刚性连接，偏心轮的外缘旋转轴与连接杆通过轴承连接，连接杆的另一端与水平传动杆通过轴承连接，水平传动杆的另一端与光声/超声一体化成像探头通过刚性连接，最终将伺服电机的匀速运动转化为光声/超声一体化成像探头的快速水平往复运动；

所述光声/超声一体化成像探头包括依次同轴连接的光纤准直器、聚焦透镜和中空聚焦超声换能器，其中光焦点和声焦点重合；所述中空聚焦超声换能器与信号采集组件电器连接。

2.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述光源组件脉冲激光器及其脉冲控制电路，所述脉冲控制电路用于同步激光器出光、光声信号的采集；所述脉冲激光器的波长为532nm，重复频率为100kHz，脉宽为10ns。

3.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述中空聚焦超声换能器与信号采集组件电器连接，所述信号采集组件包括小信号放大器和数据采集卡。

4.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述脉冲激光器产生脉宽在1ns-10ns之间，重复频率在1kHz-100kHz之间，波长根据成像目标确定的脉冲激光。

5.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述光纤耦合组件包括光纤耦合器、单模光纤，所述单模光纤一端连接光纤耦合器，另一端连接机械扫描组件。

6.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述变速齿轮组件用于放大和缩小伺服电机产生的转速，通过调节电机的转速以及齿轮传动比调节传动杆往复运动的速度，偏心轮的偏心距离可调，通过调节偏心轮偏心的距离调节传动杆运动的范围。

7.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述中空聚焦超声换能器由外径7mm，内径3mm的环状PVDF膜制成，中心频率为45MHz，带宽为100％，焦距为8mm，中心孔用光学玻璃柱填充。

8.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述伺服电机的转速设置为20转/s；

所述变速齿轮组件的齿轮转速比为1:2；

所述偏心轮的偏心距离为10mm，对应的水平传动杆的传动距离为20mm。

9.根据权利要求1所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，其特征在于，所述固定基座固定到一维扫描平台上实现二维的光声/超声扫描成像，其中，一维扫描平台的运动方向与光声/超声一体化成像探头运动的方向垂直。

10.根据权利要求1-9中任一项所述基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置的成像方法，其特征在于，包括下述步骤：

将机械扫描组件固定在一维扫描平台上，一维扫描平台的运动方向与机械扫描组件的扫描方向垂直；

机械扫描组件的光声/超声一体化成像探头的中空聚焦超声换能器下端进入耦合液，盛放耦合液的耦合槽置于样品的正上方；

计算机控制脉冲控制器控制脉冲激光器产生脉冲激光，该脉冲激光束通过光线耦合器耦合进单模光纤，单模光纤的另一端与光声/超声一体化成像探头相连，脉冲激光束依次通过光纤准直器、聚焦透镜、中空聚焦超声换能器后照射到样品的表面上，产生的光声信号通过耦合液被样品正上方的中空聚焦超声换能器接收，实现一维A-line信号的采集；

计算机通过电机控制电路控制电机匀速圆周转动，机械扫描组件中的偏心轮将圆周运动转换为水平传动杆在水平方向的运动，水平传动杆带动光声/超声一体化成像探头进行水平方向的运动，实现二维光声信号的采集，即二维B-scan数据；

一维扫描平台带动机械扫描组件运动，实现三维光声信号的采集，将采集的三维光声数据进行图像重建得到三维的光声图像。