[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

说明书

本发明公开了一种基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置及方法，装置包括光源组件、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；本发明利用机械扫描组件的偏心轮结构将电机的圆周运动转换为传动杆的往复运动，其中传动杆带动一体化成像探头进行光声扫描成像。光声扫描的范围可以通过调节偏心轮偏心的距离来调节，光声成像的速度可以通过设置电机的转速以及设置齿轮的传动比来进行调节。该发明可以实现快速大范围的光声成像。

技术领域

本发明属于光声显微成像的技术领域，具体涉及一种基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置及方法。

背景技术

目前光声成像的主要扫描方式有：基于直线电机的线性扫描方式、基于步进电机的线性扫描方式、基于超声电机的线性扫描方式、基于音圈电机的线性扫描方式、基于振镜的快速扫描方式、基于微机电系统(MEMS镜)的扫描方式。

基于直线电机、步进电机、超声电机线性扫描的方式，由于这些电机在驱动滑动台做反复运动的时候电机都需要经历加速、减速、静止到反向加速、减速、静止这样的周期过程，因此其扫描速度不能保持在一个快速运动的状态，从而难实现高效的快速扫描。而基于振镜和MEMS的无惯性扫描的光声成像系统虽然可以快速成像，但是受偏转角度限制其扫描的范围都比较小。另外目前的振镜都不能防水，因此基于振镜扫描的光声成像系统都是用振镜对聚焦光束的进行扫描，产生的光声信号通过一个透光反声的镜片反射到一个平场超声换能器。由于平场超声换能器的超声声场是不聚焦的，其系统的分辨率完全由光斑大小决定。当系统对光散射较大的样品或者组织深层进行成像时，会造成系统的分辨率严重下降。虽然有文献报道可以将振镜放在不导电的液体中实现光束和声束的同轴共焦，并用振镜对光束和声束进行偏摆，但是这样又会造成光声信号在不导电液体中衰减增大，降低光声检测的灵敏度。

专利号CN 2012100591089申请公开了一种一体化整合的便携式共焦光声显微成像方法及其装置。该发明采用微片激光器与微型X-Y二维振镜整合成便携式的共焦光声显微成像装置。该装置及方法通过二维振镜来偏转光束，偏转的光束通过一个中空的超声换能器实现对样品的光声扫描。由于偏转的光束需要经过中空超声换能器，所以该装置的最大成像范围受限于中空超声换能器中空孔径的大小。另外，由于该装置只偏转光束，而超声换能器的位置不动，因此很难保证光束扫描的区域内超声声场强度的均匀性。

申请号CN 201711122134.0的专利申请公开了一种基于微机电扫描振镜的小型光学分辨率光声显微镜。该发明利用一个微型的微机电扫描振镜发明了一套体积小、重量轻具有较大扫描范围和较高扫描精度的光声显微镜。该系统采用的是偏转光束，超声换能器固定不动的方式。虽然该系统可以实现快速的成像，但是该系统的超声换能器是一个平场的超声换能器，所以该系统的成像分辨率完全由光斑的大小决定，当系统对光散射较大的样品或者组织深层进行成像时，会造成系统的分辨率下降。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置及方法，可进行快速、大范围、高分辨率的光声成像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种基于偏心轮往复扫描的光声/超声成像装置，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；