CN103048271A - 组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法及其*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模式成像方法及其***，该***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，可实现组合光声成像和光学相干层析成像的双模式成像。本发明将光声成像***小型化，并与光学相干层析成像***组合成为一体化的便携式***，实现了两种模式成像的一体化、小型化和实用化。
Description
技术领域
本发明涉及一种多模态成像技术，特别是涉及一种组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法及其***。
背景技术
目前常用的单模态影像技术有纯光学成像（荧光成像、光散射层析成像等）、X射线照相术、核素成像和磁共振成像等，但这些成像手段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。
如光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，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，因此OCT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；光声成像（Photoacoustic Imaging，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；超声成像（Ultrasonic Imaging，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。
多模态成像是当前影像技术发展的一种趋势，不同模态的影像技术相互结合，可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。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***之间的相互作用至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法及其***，它将光声成像和光学相干层析成像两种不同功能的影像技术便携式集成一体，可达到两种影像模式并行应用。
本发明的组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法，包括以下步骤：
1、激光二极管发射的调幅激光由光纤导出，经透镜组、分色镜和透镜组聚焦后照射在样品上，被激发出光声信号；
2、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；
3、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；
4、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；
5、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。
方式Ⅰ：上述步骤1-5可有效探测传播到样品表面的光声信号，即掠面纵波和声表面波，从而实现对样品的光声成像。
方式Ⅱ：上述步骤2-5可有效探测样品浅表面对光的散射特性，从而实现对样品浅表的光学相干层析成像。
结合方式Ⅰ和方式Ⅱ，即可实现组合光声成像和光学相干层析成像的双模态成像。
一种实现组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像***，包括控制与处理单元、分光与聚焦单元，所述控制与处理单元包括激光二极管、驱动电源、信号发生器、锁相放大器、光电探测器、发光二极管、信号处理器、三维平移台，所述分光与聚焦单元包括光纤耦合器、光纤、透镜组、反射镜、分色镜、光路外壳、样品台，激光二极管、驱动电源与信号发生器依次导线连接，信号发生器还与锁相放大器导线连接，光电探测器、锁相放大器、信号处理器依次导线连接，信号处理器与三维平移台导线连接，三维平移台还与反射镜、样品台连接，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，并可通过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***结构的便携性和实用性；
（2）本发明将光声成像***与光学相干层析成像***组合成为一体化的双模态***，实现了两种影像模式的一体化结构，可同时探测样品对光的吸收特性和散射特性；
（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***结构的复杂度和不稳定性；
（4）本发明的光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***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。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作具体说明：
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、驱动电源，3、信号发生器，4、锁相放大器，5、光电探测器，6、光纤耦合器，7、发光二极管，8、信号处理器，9、三维平移台，10、主路光纤，11、一路光纤，12、二路光纤，13、三路光纤，14、四路光纤，15、侧下透镜，16、侧上透镜，17、上透镜，18、下透镜， 19、反射镜，20、分色镜，21、光路外壳，22、样品台，23、样品。
激光二极管1选用日本sharp公司的GH0781JA2C型号，其发出的连续激光波长为784nm，输出功率为120mW；驱动电源2选用美国Thorlabs公司的LDC220型号，调幅信号为信号发生器3产生的频率为5.5MHz的10V正弦波信号；发光二极管7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。
本实施例的实现组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像***，包括控制与处理单元、分光与聚焦单元，控制与处理单元包括激光二极管、驱动电源、信号发生器、锁相放大器、光电探测器、发光二极管、信号处理器、三维平移台，分光与聚焦单元包括光纤耦合器、光纤、透镜组、反射镜、分色镜、光路外壳、样品台，激光二极管、驱动电源与信号发生器依次导线连接，信号发生器还与锁相放大器导线连接，光电探测器、锁相放大器、信号处理器依次导线连接，信号处理器与三维平移台导线连接，三维平移台还与反射镜、样品台连接，光纤耦合器通过光纤分别与发光二极管、光电探测器连接，上透镜置于分色镜的上方，下透镜置于分色镜的下方，侧下透镜置于分色镜的侧面，侧下透镜、上透镜、下透镜、分色镜置于光路外壳内，侧上透镜和反射镜的位置可不设定。
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。
本实施例的实现组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法，具体操作步骤为：
1、激光二极管1发射的调幅激光由主路光纤10导出，经上透镜17、分色镜20和下透镜18聚焦后照射在样品23上，被激发出光声信号；
2、发光二极管7发出的弱相干激光由四路光纤14导出，经光纤耦合器6分成两路，其中一路光为探测光由三路光纤13导出，经侧下透镜15、分色镜20和下透镜18聚焦后照射在样品23上，反射后经下透镜18、分色镜20、侧下透镜15、三路光纤13、光纤耦合器6和二路光纤12后照射在光电探测器5上；
3、发光二极管7发出的连续激光经四路光纤14和光纤耦合器6后的另一路光为参考光，经一路光纤11和侧上透镜16照射在反射镜19上，反射后经侧上透镜16、一路光纤11、光纤耦合器6和二路光纤12后照射在光电探测器5上；
4、反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器5检测到，经锁相放大器4后采集进信号处理器8；
5、三维平移台9带动上表面放有样品23的样品台22做二维平移扫描。
方式Ⅰ：重复步骤1-5可有效探测传播到样品表面的光声信号，即掠面纵波和声表面波，从而实现对样品的光声成像。
方式Ⅱ：重复步骤2-5可有效探测样品浅表面对光的散射特性，从而实现对样品浅表的光学相干层析成像。
结合方式Ⅰ和方式Ⅱ，即可实现组合光声成像和光学相干层析成像的双模态成像。
Claims (5)
1.一种组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（a）、激光二极管（1）发射的调幅激光由主路光纤（10）导出，经上透镜（17）、分色镜（20）和下透镜（18）聚焦后照射在样品（23）上，被激发出光声信号；
（b）、发光二极管（7）发出的弱相干激光由四路光纤（14）导出，经光纤耦合器（6）分成两路，其中一路光为探测光由三路光纤（13）导出，经侧下透镜（15）、分色镜（20）和下透镜（18）聚焦后照射在样品（23）上，反射后经下透镜（18）、分色镜（20）、侧下透镜（15）、三路光纤（13）、光纤耦合器（6）和二路光纤（12）后照射在光电探测器（5）上；
（c）、发光二极管（7）发出的连续激光经四路光纤（14）和光纤耦合器（6）后的另一路光为参考光，经一路光纤（11）和侧上透镜（16）照射在反射镜（19）上，反射后经侧上透镜（16）、一路光纤（11）、光纤耦合器（6）和二路光纤（12）后照射在光电探测器（5）上；
（d）、反射回的探测光和参考光相干后的干涉光被光电探测器（5）检测到，经锁相放大器（4）后采集进信号处理器（8），实现组合光声成像和光学相干层析成像的双模态成像；
（e）、三维平移台（9）带动上表面放有样品（23）的样品台（22）做二维平移扫描。
2.一种组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像的***，其特征在于：它包括控制与处理单元、分光与聚焦单元，所述控制与处理单元包括激光二极管（1）、驱动电源（2）、信号发生器（3）、锁相放大器（4）、光电探测器（5）、发光二极管（7）、信号处理器（8）、三维平移台（9）；所述分光与聚焦单元包括光纤耦合器（6）、主路光纤（10）、一路光纤（11）、二路光纤（12）、三路光纤（13）、四路光纤（14）、侧下透镜（15）、侧上透镜（16）、上透镜（17）、下透镜（18）、反射镜（19）、分色镜（20）、光路外壳（21）、样品台（22）；激光二极管（1）、驱动电源（2）与信号发生器（3）依次导线连接，信号发生器（3）还与锁相放大器（4）导线连接，光电探测器（5）、锁相放大器（4）、信号处理器（8）依次导线连接，信号处理器（8）与三维平移台（9）导线连接，三维平移台（9）还与反射镜（19）、样品台（22）连接，光纤耦合器（6）通过二路光纤（12）、四路光纤（14）分别与发光二极管（7）、光电探测器（5）连接；上透镜（17）置于分色镜（20）的上方，下透镜（18）置于分色镜（20）的下方，侧下透镜（15）置于分色镜（20）的侧面，侧下透镜（15）、上透镜（17）、下透镜（18）、分色镜（20）置于光路外壳（21）内。
3.根据权利要求2所述的组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像的***，其特征在于：所述的侧下透镜（15）、侧上透镜（16）、上透镜（17）、下透镜（18）分别由一块或多块透镜组合而成。
4.根据权利要求2所述的组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像的***，其特征在于：所述反射镜（19）由三维平移台（9）带动做一维平移。
5.根据权利要求2所述的组合光声成像和光学相干层析成像的便携式双模态成像的***，其特征在于：所述样品台（22）上放置有样品（23），并由三维平移台（9）带动做二维平移。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130417 |