专利名称：融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多模态成像技术，特别是涉及一种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统。
背景技术：
单模态影像技术只能依据被测样品的某一方面特性的变化来成像，不能多方面的获取样品的丰富信息及其内在关联，具有一定的应用局限性。如超声成像(UltrasonicImaging，USI)只反映样品的声阻抗特性，它具有高穿透性的优点，但成像对比度很低，且由于样品界面多次反射及旁瓣干扰出现假反射现象易造成误判断；光声成像(PhotoacousticImaging, PAI)只反映样品对光的吸收特性，其采用宽带超声探测器检测超声波代替纯光学成像中检测散射光子，有效的避免了样品对光的强散射性影响，一般可达到2-5厘米的探测深度，并且分辨率可达几十到几百微米量；光学相干层析成像(Optical CoherenceTomography, OCT)只反映样品对光的散射特性，但一般来说样品对光的反射率的变化很微小，并且随着光的穿透深度增加，光在样品中的强散射性造成其成像空间分辨率急速下降，一般只能达到1-5毫米的探测深度，但分辨率可达几微米到几十微米。当前影像技术发展的一种趋势是多模态成像，即将不同模态的影像技术相互结合以提供更加丰富的影像信息，如USI/PAI技术，USI图像可提供样品的声阻抗信息，同时PAI图像可提供样品的光学吸收信息；PAI/0CT技术，PAI图像可提供样品的光学吸收信息，同时OCT图像可提供样品的光散射特性。单模态成像只能观测到一个方面信息，而多模态成像可以同时观测到两个甚至两个以上方面的信息，这对研究物体内不同系统之间的相互作用至关重要。

发明内容
本发明的目的就是提供一种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法及其系统，它将超声成像、光声成像和光学相干层析成像三种不同功能的影像技术便携式集成一体，可达到三种影像模式的任意组合应用。本发明的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法，包括以下步骤
1、激光二极管发射的脉冲激光经透镜组、分色镜和透镜组聚焦后照射在样品上激发出光声信号，超声传感器接收光声信号，经由开关电路和预处理电路后采集进计算机；
2、脉冲电压发生器发射的脉冲电压经开关电路施加到超声传感器上激发出超声信号，超声信号穿过样品台辐射到样品上并反射回，超声传感器再接收超声回波信号，经由开关电路和预处理电路后采集进计算机；
3、发光二极管发出的弱相干激光由光纤导出，经光纤耦合器分成两路，其中一路光为探测光由光纤导出，经透镜组、分色镜和透镜组聚焦后照射在样品上，反射后经透镜组、分色镜、透镜组、光纤、光纤耦合器和光纤后照射在光电探测器上；
4、发光二极管发出的连续激光经光纤和光纤耦合器后的另一路光为参考光，经光纤和透镜组照射在反射镜上，反射后经透镜组、光纤、光纤耦合器和光纤后照射在光电探测器上；
5、反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器检测到，经锁相放大器后采集进信号处理器；
6、三维平移台带动上表面放有样品的样品台做二维平移扫描。上述步骤I和6可有效探测样品激发出的光声信号，获取样品的光吸收特性，实现对样品的光声成像。上述步骤2和6可有效探测样品反射的超声回波，获取样品的声阻抗特性，实现对样品的超声成像。上述步骤3-6可有效探测样品的散射光子，获取样品的光散射特性，实现对样品的光学相干层析成像。本发明的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法的系统，由控制与处理单元、分光与聚焦单元构成，所述控制与处理单元包括激光二极管、发光二极管、光电探测器、锁相放大器、计算机、预处理电路、时序控制器、脉冲电压发生器、开关电路、超声传感器、三维平移台、样品台；所述分光与聚焦单元包括光纤、光纤耦合器、透镜组、反射镜、分色镜、光路外壳。所述超声传感器、开关电路、预处理电路、计算机依次导线连接，所述开关电路还与脉冲电压发生器导线连接；所述时序控制器与激光二极管、锁相放大器、脉冲电压发生器分别导线连接；所述光电探测器、锁相放大器、计算机依次导线连接；所述计算机与三维平移台导线连接，所述三维平移台还与反射镜、样品台连接；所述光纤耦合器通过光纤分别与发光二极管、光电探测器连接。所述透镜组可分别由一块或多块透镜组合而成。所述反射镜可由三维平移台带动做一维平移。所述样品台上放置有样品，并可由三维平移台带动做二维平移。本发明的有益效果是
(1)本发明的光源分别采用小型化的发光二极管和激光二极管，有效的提高了系统结构的便携性和实用性；
(2)本发明将超声成像系统、光声成像系统与光学相干层析成像系统组合成为一体化的多模态系统，实现了三种影像模式的一体化结构，可同时探测样品的声阻抗特性、光吸收特性和光散射特性；
(3)本发明将光声成像与光学相干层析成像的光路部分有机组合为一个单元，有效的降低了系统结构的复杂度和不稳定性；
(4)本发明的超声成像和光学相干层析成像均采用背向探测模式，有效的提高了系统的可操作性和适用范围，可广泛应用于薄膜检测、珠宝鉴定、工业探伤、医学影像等领域。


图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式实施例1
本实施例的结构如图1所示，各元件的名称为1、激光二极管，2、发光二极管，3、光电探测器，4、锁相放大器，5、计算机，6、预处理电路，7、时序控制器，8、脉冲电压发生器，9、开关电路，10、超声传感器，11、三维平移台，12、一路光纤，13、二路光纤，14、三路光纤，15、四路光纤，16、光纤稱合器，17、侧下透镜，18、侧上透镜，19、上透镜,20、下透镜,21、反射镜，22、分色镜，23、光路外壳，24、样品台，25、样品。其中激光二极管I选用美国Laser Components公司的90OT4S12X型号，其发出的脉冲激光波长为905nm，峰值功率为140W ;发光二极管2选用北京高光科技的光纤输出型超辐射发光二极管SLD-101，中心波长为750-1600nm，谱宽为20-80nm，输出功率为0、2-25mW ；超声传感器10为中心频率7、5MHz的点聚焦探头，其相对带宽约为75%。—种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法，其特征在于，激光二极管I发射的脉冲激光经上透镜19、分色镜22和下透镜20聚焦后照射在样品台24上的样品25上激发出光声信号，超声传感器10接收光声信号，经由开关电路9和预处理电路6后采集进计算机5 ;脉冲电压发生器8发射的脉冲电压经开关电路9施加到超声传感器10上激发出超声信号，超声信号穿过样品台24辐射到样品25上并反射回，超声传感器10再接收超声回波信号，经由开关电路9和预处理电路6后采集进计算机5 ；发光二极管2发射的弱相干激光由二路光纤13导出，经光纤耦合器16分成两路，其中一路光为探测光由三路光纤14导出，经侧下透镜17、分色镜22和下透镜20聚焦后照射在样品25上，反射后经下透镜20、分色镜22、侧下透镜17、三路光纤14、光纤耦合器16和四路光纤15后照射在光电探测器3上；发光二极管2发出的弱相干激光经二路光纤13和光纤耦合器16后的另一路光为参考光,经一路光纤12和侧上透镜18照射在反射镜21上,反射后经侧上透镜18、一路光纤12、光纤耦合器16和四路光纤15后照射在光电探测器3上；反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器3检测到，经锁相放大器4后采集进计算机5，实现超声成像、光声成像和光学相干层析成像的单独或任意组合的多模态成像。上述的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法的系统，由控制与处理单元、分光与聚焦单元构成，所述控制与处理单元包括激光二极管1、发光二极管2、光电探测器3、锁相放大器4、计算机5、预处理电路6、时序控制器7、脉冲电压发生器8、开关电路9、超声传感器10、三维平移台11、样品台24 ;所述分光与聚焦单元包括一路光纤12、二路光纤13、三路光纤14、四路光纤15、光纤耦合器16、侧下透镜17、侧上透镜18、上透镜19、下透镜20、反射镜21、分色镜22、光路外壳23，上透镜19置于分色镜22的上方，下透镜20置于分色镜22的下方，侧下透镜17置于分色镜22的侧面；超声传感器10、开关电路9、预处理电路6、计算机5依次导线连接，开关电路9还与脉冲电压发生器8导线连接；时序控制器7与激光二极管1、锁相放大器4、脉冲电压发生器8分别导线连接；所述光电探测器3、锁相放大器4、计算机5依次导线连接；所述计算机5与三维平移台11导线连接，所述反射镜21、样品台24均与三维平移台11机械连接；所述光纤耦合器16通过二路光纤13、四路光纤15分别与发光二极管2、光电探测器3连接。所述侧下透镜17、侧上透镜18、上透镜19、下透镜20分别由一块或多块透镜组合rfu 。所述反射镜21可由三维平移台11带动做一维平移。所述样品台24上放置有样品25，并可由三维平移台11带动做二维平移。
权利要求
1.一种融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法，其特征在于激光二极管(I)发射的脉冲激光经上透镜(19)、分色镜(22)和下透镜(20)聚焦后照射在样品(25)上激发出光声信号，超声传感器(10)接收光声信号，经由开关电路(9)和预处理电路(6)后采集进计算机(5);脉冲电压发生器(8)发射的脉冲电压经开关电路(9)施加到超声传感器(10)上激发出超声信号，超声信号穿过样品台(24)辐射到样品(25)上并反射回，超声传感器(10)再接收超声回波信号，经由开关电路(9)和预处理电路(6)后采集进计算机(5);发光二极管(2)发射的弱相干激光由二路光纤(13)导出，经光纤耦合器(16)分成两路，其中一路光为探测光由三路光纤(14)导出，经侧下透镜(17)、分色镜(22)和下透镜(20)聚焦后照射在样品(25)上，反射后经下透镜(20)、分色镜(22)、侧下透镜(17)、三路光纤(14)、光纤耦合器(16)和四路光纤(15)后照射在光电探测器(3)上；发光二极管(2)发出的弱相干激光经二路光纤(13)和光纤耦合器(16)后的另一路光为参考光，经一路光纤(12)和侧上透镜(18)照射在反射镜(21)上，反射后经侧上透镜(18)、一路光纤(12)、光纤耦合器(16)和四路光纤(15)后照射在光电探测器(3)上；反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器(3)检测到，经锁相放大器(4)后采集进计算机(5)，实现超声成像、光声成像和光学相干层析成像的单独或任意组合的多模态成像。
2.—种实现权利要求1所述的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法的系统，由控制与处理单元、分光与聚焦单元构成，其特征在于所述控制与处理单元包括激光二极管(I)、发光二极管(2)、光电探测器(3)、锁相放大器(4)、计算机(5)、预处理电路(6)、时序控制器(7)、脉冲电压发生器(8)、开关电路(9)、超声传感器(10)、三维平移台(11)、样品台(24);所述分光与聚焦单元包括一路光纤(12)、二路光纤(13)、三路光纤(14)、四路光纤(15)、光纤耦合器(16)、侧下透镜(17)、侧上透镜(18)、上透镜(19 )、下透镜(20 )、反射镜(21)、分色镜(22 )、光路外壳(23 )，上透镜(19 )置于分色镜(22 )的上方，下透镜(20 )置于分色镜(22 )的下方，侧下透镜(17 )置于分色镜(22 )的侧面；超声传感器(10)、开关电路(9)、预处理电路(6)、计算机(5)依次导线连接，开关电路(9)还与脉冲电压发生器(8)导线连接；时序控制器(7)与激光二极管(I)、锁相放大器(4)、脉冲电压发生器(8)分别导线连接；所述光电探测器(3)、锁相放大器(4)、计算机(5)依次导线连接；所述计算机(5)与三维平移台(11)导线连接，所述反射镜(21)、样品台(24)均与三维平移台(11)机械连接；所述光纤耦合器(16)通过二路光纤(13)、四路光纤(15)分别与发光二极管(2)、光电探测器(3)连接。
3.根据权利要求2所述的融合超声成像、光声成像和光学相干层析成像的一体化多模态成像方法的系统，其特征在于所述侧下透镜(17)、侧上透镜(18)、上透镜(19)、下透镜(20)分别由一块或多块透镜组合而成。
全文摘要
本发明提供一种融合光声成像和光学相干层析成像的便携式多模式成像方法及其系统，该系统由激光二极管、驱动电源、信号发生器、锁相放大器、光电探测器、光纤耦合器、发光二极管、信号处理器、三维平移台、光纤、透镜组、反射镜、分色镜、光路外壳和样品台构成，可实现单独的光学相干层析成像或组合光声成像和光学相干层析成像的多模式成像。本发明将光声成像系统小型化，并与光学相干层析成像系统组合成为一体化便携式系统，实现了两种模式成像的一体化、小型化和实用化。
文档编号G01N21/45GK103048294SQ201210561449
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者曾吕明, 刘国栋, 杨迪武, 纪轩荣 申请人:江西科技师范大学