[发明专利]基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光声成像技术领域，具体地说是基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像方法及其装置。

背景技术

光声成像技术是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。光声成像技术是采用“光激发--超声波成像”的新型成像技术。光声成像技术是一种适性强、灵敏度高的检测技术，特别适用于强散射、非透明样品的非破坏性检测，在生物、医学、材料分析等领域应用十分广泛。

目前，光声成像技术可归纳三种模式：相控聚焦法、基于Radon反演的滤波反投影成像法和声透镜成像法。Xing等根据相控聚焦的原理，利用320阵元的换能器线阵，实现了快速光声成像。Wang L.V.等把Radon反演算法发展成一种高分辨率的光声成像方法.这两种成像方法都避免了声波衍射效应的限制，因而可以实现高分辨率成像，但由于需要对成像物体进行扫描和数据平均处理等，所需时间较长，还可能会引起重建伪迹。

现已有很多模拟组织的光声成像和在体功能成像研究的相关报道，但其实验装置复杂，数据采集时间长，且成像算法复杂，计算量大，获得一幅完整的重建图像的时间通常需要几分钟至数十分钟，无法满足实际临床应用的要求。同时，由于采用几百个角度的机械扫描和长时间的数据采集过程，机械振动和仪器长时间工作的随机参量漂移等不稳定因素对研究结果不可避免带来随机误差，从而严重影响成像的质量和研究结果的可靠性和稳定性。

现有光声成像系统还存在着一些不足，一般的光源采用脉冲激光器，体积比较庞大，设备昂贵，另外图像效果还达不到其他成像技术的水平，尤其是深层组织的成像受组织的吸收影响比较严重。而且现有光声成像系统的成像大多数采用水听器来实现的是二维成像，很少有使用阵列实现三维高分辨率光声成像系统。此外，现有光声成像系统很少有考虑到样本的不规则性。

发明内容

本发明的目的是克服现有光声成像技术存在的不足和缺点，提供一种减小系统误差，能够实时、快速接收、准确记录光声成像的三维数据，并经过图像处理能够在显示器上直接看到检测样本的光吸收分布三维图像的基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像方法及系统。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

基于声学透镜和传感器阵列的三维光声成像系统，为正方体实验台，包括激光器、扩束镜、声子晶体透镜、光声传感器阵列、数据总线、毛玻璃器皿、数据采集模块及用于图像处理的计算机；其特征是：所述的激光器与扩束镜各有四个，所述的毛玻璃器皿放置在正方体内部底面中心位置处；四个激光器部于在正方体实验台四个垂面的底部，并与内部的毛玻璃器皿成空间垂直状态；四个扩束镜紧贴在毛玻璃器皿的外壁，空间位置与激光器相对应；声子晶体构成的声学透镜在毛玻璃器皿的正上方，光声传感器阵列位于声学透镜的正上方，在声透镜焦点位置，并且光声传感器通过数据总线与数据采集模块及计算机相连接。所述的用于图象处理的计算机含有图像处理、显示模块及图像处理软件，能够把接收到的三维光声数据进行光声图像降噪、增强处理，以得到检测样本的光吸收分布三维图像，并能够在显示器上显示二维或三维图像。

所述的声学透镜由声子晶体组成，其中：声子晶体由直径约为0.78cm的铅球外面均匀包覆0.02cm软性的橡胶，再嵌入在环氧树脂立方体中构成。

基于声透镜和传感器阵列的三维光声成像的方法，其特征是：

(1)激光照射样本受热膨胀发射声信号：由激光照射毛玻璃容器四个侧面，使得样本均匀受热膨胀发射声信号，由时序控制电路实现激光信号发射的参数控制及时间记录；记录初始时刻t₀，由激光器同时照射容器四周的中心，使得样本受热膨胀发射声波信号；

(2)声学透镜聚焦：由声子晶体组成声透镜，接收样本发射的声波，进行聚焦；按照声透镜成像模型拟定好样本在光声传感器阵列中的成像位置，反射的光声信号由声子晶体聚焦；

(3)声信号接收、调理：光声传感器阵列并在各自光声传感器的焦点位置接收发射的光声信号，通过数据采集模块实时采集、接收和记录光声成像的三维数据；其中：

当光声传感器阵列有声波信号时，记录此时时刻为t₁，存储在计算机的数据存储器RAM中；同时光声传感器阵列将微弱的光声信号转变为电信号，电信号的值，即是反射声波的能量E；