CN104873175A - 扩散光学层析和光声层析联合测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扩散光学层析和光声层析的联合测量***及方法，该***包含扩散光学层析测量部分(1)、仿CT空间扫描***(2)、光声层析测量部分(3)及工业控制计算机(4)；其中：所述扩散光学层析测量部分(1)和所述光声层析测量部分(3)共同连接仿CT空间扫描***(2)形成一个完整的多模态测量***；所述工业控制计算机(4)中的***自动控制软件用于实现扩散光学信号和光声信号的自动化探测和数据采集。与现有技术相比，本发明克服现有单一模态成像技术的不足，弥补现有技术在空间分辨率和定量性上无法兼得的缺陷，使成像方法兼具有光声层析技术的空间分辨率和扩散光学层析技术的定量精度，继而实现高质量的光学参数成像功能。

Description

扩散光学层析和光声层析联合测量***及方法

技术领域

本发明涉及光学成像技术在生物医学方向上的应用领域，特别涉及一种扩散光学层析和光声层析联合测量***、多模态测量方法。

背景技术

随着生物、医学、光电技术及计算机技术的发展，各种先进医学影像设备不断呈现，为临床诊断提供了多种模式的医学图像。由于成像机理不同和人体组织结构的高度复杂性，单一模式的医学图像不能提供医生所需要的足够信息，不同模态的医学图像提供的信息是不能覆盖、相互补充的。因此，在临床诊断和治疗中，对于多模态医学成像技术的发展有着十分重要的意义。

随着多种模式医学成像手段的发展，现代医学研究发展方向也逐渐地发生转变，即从通过传统的解剖学成像方法对已形成的疾病进行诊断，发展至利用医学功能成像技术揭示疾病的形成机制。光学成像作为一种功能成像手段，因在灵敏度、特异性、对比度、定量性和辐射安全性等关键指标上具有其它模态无法兼有的综合优势而倍受关注，已在生物医学研究领域得到广泛应用。尤其随着近红外组织光谱技术(near-infrared spectroscopy，NIRS)的兴起，针对活体组织的光学功能检测技术得到了迅速发展。其中，建立在NIRS基础上的扩散光学层析成像技术(diffuse opticaltomography，DOT)是针对组织体生化功能信息的无创检测技术，可以实现活体组织深部生理和病理指标相关信息的三维实时定量获取。但是，受到组织体高散射特性的影响，该类纯光学成像技术在成像深度和空间分辨率上无法兼得，其空间分辨率被限制在成像组织尺寸的5％-10％；基于光声效应的光声层析成像技术(photoacoustictomography，PAT)方法有效地结合了光学成像和超声成像的优点，是一种以超声作为媒介的生物光子成像方法。该方法采用脉冲激光照射生物组织，组织吸收光能量后产生超声(光声)信号，通过测量携有生物组织光学吸收特征信息的光声信号，能够重建出组织体的光能吸收分布图像。由于超声波低衰减和高穿透性等特点，大幅度降低了组织体散射效应的影响，PAT方法能够对深层组织进行高空间分辨率和高对比度的结构和功能成像。但是，传统PAT技术通过重建初始声压计算组织体光能吸收密度的空间分布，并假设组织体的吸收系数与光能吸收密度成线性关系，最终获得吸收系数重建图像。当面向深层组织成像时，由于复杂生物组织体内吸收和散射分布不均匀性，这种线性假设关系与实际情况不符，组织体内光能分布特征成为了影响光学参数重建定量性的关键问题。

因此，寻找一种既保有光学功能成像的高对比度优势，又同时满足成像定量性和高空间分辨率要求的医学成像方法，是生物医学成像领域亟待解决的问题。换而言之，该方法需要具有DOT成像技术的高定量性以及PAT成像技术的高空间分辨率特性，即保有两种成像方式所长，互相补充不足，从而得到较为理想的定量性和空间分辨率的光学功能图像。把不同模态成像技术提供的互补信息综合起来，不仅可以在一幅图像上同时表达多幅图像的信息，还可以通过理论学上的创新形成一种全新的多模态成像方法，那么此方法所提供的图像可以为医生做出确切诊断提供愈来愈详细和精确的生理病理信息，也能为医生对病灶的观察和疾病的诊断提供更直观、全面和清晰的判断依据，提高疾病的检出率。

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，本发明提出了一种扩散光学层析和光声层析联合测量***及方法，利用扩散光学层析和光声层析的联合测量的手段，实现多模态测量，最终可获得目标体的光学参数在二维或三维空间上的分布图像。

本发明提出一种扩散光学层析和光声层析的联合测量***，该***包含扩散光学层析测量部分(1)、仿CT空间扫描***(2)、光声层析测量部分(3)及工业控制计算机(4)；其中：所述扩散光学层析测量部分(1)和所述光声层析测量部分(3)共同连接仿CT空间扫描***(2)形成一个完整的多模态测量***；所述工业控制计算机(4)中的***自动控制软件、数据处理和图像重建软件用于实现扩散光学信号和光声信号的自动化探测、数据采集及预处理和图像重建；其中，自动控制软件用于实现对扩散光学层析和光声层析联合测量***各组成部分的时序控制，以实现测量过程的自动化；数据处理和图像重建软件用于对联合测量***测量数据进行预处理，并采用图像重建算法对扩散光测量数据与光声测量数据进行图像重建，从而得到目标体扩散光学层析和光声层析双模态联合重建图像；

所述扩散光学层析测量部分(1)进一步还包括光学接收***(11)、稳态光源***(12)、滤光***(13)和检测***(14)；所述光声层析测量部分(3)进一步还包括光声探测***(31)、脉冲光源***(32)和数据采集***(33)。

所述仿CT空间扫描***包括水箱(21)、浸入水箱中设置的电控升降台和旋转台(22)、成像腔(23)以及用于挂载第一超声换能器(311)、第二超声换能器(312)以实现信号环形扫描的电控环形探测旋转台(24)，目标体(5)置于圆柱形的成像腔(23)内，成像腔(23)维持圆柱形状且能保证超声信号有效传播；成像腔(23)固定于电控升降台和旋转台(22)上，通过对升降间距和旋转角度的控制，调整不同成像面(6)上不同光源入射角度，即实现空间采样率的任意设定；所述水箱(21)中承载的水作为超声耦合液，将整个扫描***浸于耦合液中，用于声学信号的传播及减少超声信号的衰减。

所述扩散光学层析测量部分(1)还包括光学接收***(11)、稳态光源***(12)、电控滤光***(13)和检测***(14)；其中：

所述光学接收***(11)由目标体(5)对侧的同探测平面位置上等角度间隔均匀分布8根探测光纤组成，采用与成像腔同轴的半圆形光纤支架固定；

所述稳态光源***(12)包括两个波长分别为λ1和λ2的第一稳态半导体激光器(121)、第二稳态半导体激光器(122)，且连接同轴入射光纤；入射光经过准直器(123)后垂直入射至目标体(5)表面；分别接入到8:1光开关(111)的不同通道内，8:1光开关(111)出射光经准直器(112)至电控滤光***(13)；

所述电控滤光***(13)包括滤光轮控制器(131)和电控滤光轮(132)，出射光通过电控滤光***入射至检测***(14)；

所述检测***(14)包括光电倍增管(141)与计数模块(142)，所述光电倍增管(141)接收光信号并转换成电信号，由计数模块(142)进行处理与记录。

所述光声层析测量部分(3)还包括光声探测***(31)、脉冲光源***(32)和数据采集***(33)；其中：

所述脉冲光源***(32)采用脉冲激光器(321)的分布式多束入射方式来实现高能量脉冲入射光对目标体(5)表面的均匀照射，连接一组双臂光纤束(322)，光纤束传导激光分别均匀照射成像面的1/4半圆域；

所述光声探测***(31)由挂载于电控环形探测旋转台(24)上的第一超声换能器(311)和第二超声换能器(312)组成，相对入射光源位于反射测量面；其探头的环形扫描位置由电控环形探测旋转台(24)来调整；目标体(5)出射的光声信号由第一超声换能器(311)和第二超声换能器(312)探测后转化成电信号，传送至数据采集***(33)；

所述数据采集***(33)包括前置放大器(331)与高速数据采集卡(332)。

本发明还提出一种扩散光学层析和光声层析的联合测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、将选定波长的稳态光源***连接到同轴入射光纤，入射光纤经过准直器后垂直入射至目标体表面，在其对侧的同平面位置上等角度间隔均匀分布8根探测光纤，分别接入到多通道光开关的不同通道内，通过8:1光开关的切换获得不同探测位置的出射光信号；8:1光开关出射光经准直器准直后通过电控滤光轮后入射至光电倍增管，光电倍增管接收光信号并转换成电信号由计数模块进行处理与记录。

步骤(2)、脉冲激光器作为光声激发光源产生脉冲激光，由双臂光纤束将激发光传送至成像面的不同入射位置，垂直入射至待测目标体表面，由脉冲激光器激发产生的光声信号经过超声耦合液，传送到超声换能器被转换成电信号，电信号经过前置放大器后，由高速数据采集卡进行数据采集，最终将采集的数据传送给工业控制计算机进行处理；通过电控环形探测旋转台调整超声换能器的环形扫描位置，重复以上的测量步骤，最终可以得到不同角度投影下待测目标体出射的光声信号；

步骤(3)、通过步骤(1)获得单个光源入射角度下的扩散光学信号，然后再通过步骤(2)采集到待测目标体中激发出的光声信号；利用工业控制计算机中的***自动控制软件来调节仿CT空间扫描***中的电控旋转台，从而获得新的光源入射角度，重复步骤(1)和(2)，获得一个二维成像面上任意光源入射角度下的扩散光学信号和光声信号；再利用***自动控制软件来调节电控升降台和旋转台，继续重复以上步骤，便可以获得待测目标体任意成像面上的信息，将所有成像面上的信息组合起来便得到了整个目标体的三维信息；将获取的信息传送给数据处理及图像重建软件，最终可获得目标体的光学参数在二维或三维空间上的分布图像。

与现有技术相比，本发明克服现有单一模态成像技术的不足，弥补现有技术在空间分辨率和定量性上无法兼得的缺陷，使成像方法兼具有光声层析技术的空间分辨率和扩散光学层析技术的定量精度，继而实现高质量的光学参数成像功能。

附图说明

图1为扩散光学层析和光声层析的联合测量***框图；其中附图标记：1、扩散光学层析测量部分；2、仿CT空间扫描***；3、光声层析测量部分；4、工业控制计算机；11、光学接收***；12、稳态光源***；13、电控滤光***；14、检测***；31、光声探测***；32、脉冲光源***；33、数据采集***；

图2为双波长双频宽扩散光学层析测量部分和光声层析联合测量部分组成的联合测量***结构示意图；其中附图标记：111、8:1光开关；112、准直器；121、第一稳态半导体激光器；122、第二稳态半导体激光器；131、滤光轮控制器和132、电控滤光轮；141、光电倍增管；142、计数模块；311、第一超声换能器；312、第二超声换能器；321、脉冲激光器；322、双臂光纤束；331、前置放大器；332、高速数据采集卡；5、目标体；

图3为仿CT空间扫描***的结构示意图；其中附图标记：21、水箱；22、电控升降台和旋转台；23、成像腔；24、电控环形探测旋转台；6、成像面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，这些实施方式若存在示例性的内容，不应解释成对本发明的限制。

实施例1：

如图2所示，本发明的具体实施案例1为双波长双频宽扩散光学层析测量部分和光声层析联合测量部分组成的联合测量***结构。

扩散光学层析测量部分实施过程(如图1和图2所示)：两个波长分别为λ1和λ2的第一稳态半导体激光器(121)、第二稳态半导体激光器(122)(平均功率<10mW)连接芯径62.5μm的同轴入射光纤，入射光经过准直器(123)后垂直入射至目标体(5)表面(设该入射角度为0°)，由其对面101.25°～258.75°的同平面位置上等角度间隔均匀分布8根芯径500μm的探测光纤构组成的光学接收***(11)接收(采用与成像腔同轴的半圆形光纤支架固定)，分别接入到8:1光开关(111)的不同通道内(通过光开关的切换获得不同探测位置的光信号)，光开关出射光经准直器(112)至电控滤光***，电控滤光***包括滤光轮控制器(131)和实现不同滤光片切换功能的电控滤光轮(132)(载有OD＝1～5的不同衰减强度的中性密度滤光片以衰减过强扩散光信号使得探测***工作在线性区域)，出射光通过电控滤光***入射至检测***，检测***包括光电倍增管(PMT)(141)与计数模块(142)(光子计数器)，PMT接收光信号并转换成电信号由计数模块(142)(采用可编程逻辑技术实现计数门宽和积分时间可调式设计)进行处理与记录。光声层析测量部分实施过程(如图1和图2所示)：脉冲光源***采用分布式多束入射方式来实现高能量入射光对目标体(5)表面的均匀照射。脉冲光源***(32)采用脉冲激光器(321)(调Q开关Nd:YAG激光器(波长532nm)泵浦的OPO激光器，波长可调谐范围600～900nm)，拟选择与DOT测量部分相近的两个波长，脉冲宽度≤10ns，重复频率10/20Hz，脉冲能量～50mJ。脉冲光源***连接一组双臂光纤束(322)，光纤束传导激光分别均匀照射成像面的1/4半圆域。光声探测***(31)由两个宽频超声换能器(311)、(312)(采用水浸非聚集超声探头)组成；两个超声换能器(311)、(312)相对入射光源位于反射测量面，以保证近光源区域光声信号测量的准确性，并结合仿CT扫描模式实现目标体整体探测区域光声信号的有效覆盖。每个超声换能器的接收面直径约为6mm，中心频率分别为2.25MHz和10MHz，通频带宽分别为1.35MHz和7.28MHz。为了得到相同光源下的多角度超声投影，利用电控环形探测旋转台(24)来调整超声探头的扫描位置，调整方向范围分别为成像面的第一象限和第四象限内(设DOT部分的稳态光源入射角度为0°)，通过选择不同角度间距调整相同光源入射角度下的扫描投影数。目标体(5)出射的光声信号由两个超声换能器(311)、(312)探测后转化成电信号，再传送至数据采集***(33)。数据采集***包括多通道前置信号放大器(331)及多通道高速数据采集卡(332)(设置采样频率为100MHz)；超声换能器组将接收到的光声信号送入前置信号放大器的不同通道中，再通过多通道高速数据采集卡(332)采集不同通道的信号，最终将数据传送到工业控制计算等待处理。前置信号放大器的频率响应和数据采集卡的采样频率根据超声换能器的主频来进行选择。

图3为仿CT空间扫描***的结构示意图：待测目标体置于圆柱形的成像腔(23)内，成像腔(23)拟采用环氧树脂材料和PVDF膜共同制成，既能够维持圆柱形状又能保证超声信号的有效传播，其直径约为2-3cm，壁厚≤1mm。成像腔(23)固定于电控升降台和旋转台(22)上，通过对升降间距和旋转角度的控制，调整不同成像面(6)上不同光源入射角度，即采用此仿CT的扫描模式来实现空间采样率的任意设定。此外，为了有利于声学信号的传播及减少超声信号的衰减，整个扫描测量结构浸于水箱(21)中。利用电控升降台和旋转台来实现三维空间上的多角度扫描，通过调整扫描间隔和范围来自由控制空间采样密度。水箱中承载的水作为超声耦合液，将整个扫描***浸于耦合液中，从而有利于光声信号传播以及减少超声信号的衰减。

实施例2：

利用实施例1所述***进行生物组织模型的扩散光学层析和光声层析联合测量。该***可实现对病灶区域高对比度和高空间分辨率成像，能够对肿瘤新生血管和血氧情况进行监测，以及内源或外源特异性标志物的在体观测。举例说明，在活体小动物实验中采用吲哚菁绿(indocyanine green，ICG)作为外源吸收对比剂时，工作波长λ₁根据ICG的吸收光谱峰值波长设置为785nm。此外，为有效获取组织体内血氧信息，***工作波长λ₂根据血红蛋白等消光点(约805nm)拟设置为830nm。测量时，将待测目标体置于圆柱型成像腔中，成像腔与目标体之间的空隙采用仿组织体匹配溶液(拟采用Intralipid水溶液加入India Ink混合制成)进行填充。参照实施例1中扩散光学层析测量部分和光声层析测量部分的实施步骤，测量过程首先通过扩散光学层析测量部分获得工作波长为λ₁的单个光源入射角度下的扩散光学信号；再通过光声层析测量部分采集目标体激发出的光声信号；接着利用工业控制计算机中的***自动控制软件来调节仿CT空间扫描***中的电控旋转台，从而获得新的光源入射角度；重复测量步骤，可分别获得一组二维成像断层上的扩散光学信号和光声信号；然后在同一成像断层完成工作波长为λ₂的扩散光学层析测量和光声层析测量，工作波长为λ₂的测量过程与λ₁波长下的测量过程相同；再利用***自动控制软件来调节电控升降台，继续重复以上步骤，便可以获得目标体其他成像断层上的信息，将所有断层信息整合得到目标体的三维信息。将获取的信息传送给数据处理及图像重建软件，最终可获得目标体分别在λ₁和λ₂工作波长下的光学参数的二维或三维空间上分布图像。本实施例由采用双波长测量方式分别获得在λ₁和λ₂工作波长下的光学吸收参数和分布，继而进行血氧饱和度的计算。血氧饱和度SaO₂是指血液中氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白的百分比，血红蛋白具有氧合血红蛋白HbO₂和还原血红蛋白Hb两种形式。由于在该双波长下生物组织中的主要光学吸收物质为血红蛋白，则光学吸收参数与HbO₂和Hb浓度关系式可表示为

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}={\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{C}_{{\mathrm{HbO}}_2}+{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}{C}_{Hb}\\ {\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}={\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{C}_{{\mathrm{HbO}}_2}+{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}{C}_{Hb}\end{array}\right.\backslash *MERGEFORMAT---\left(1\right)$

其中和分别为血液中HbO₂的摩尔吸光系数和浓度；ε_Hb和C_Hb分别是血液中Hb的摩尔吸光系数和浓度。由公式(1)可得

$\left\{\begin{array}{c}{C}_{Hb}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}-{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}-{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}}\\ C_{{\mathrm{HbO}}_2}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}-{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_a^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}-{\mathrm{\&epsiv;}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}_1}\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{Hb}^{{\mathrm{\&lambda;}}_2}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

即可分别求得HbO₂和Hb的浓度，从而可以计算出组织体内血氧饱和度，具体公式为

${\mathrm{SaO}}_2=\frac{C_{{\mathrm{HbO}}_2}}{C_{{\mathrm{HbO}}_2}+C_{Hb}}\&times;100\%---\left(3\right)$

Claims (5)

1.一种扩散光学层析和光声层析的联合测量***，其特征在于，该***包含扩散光学层析测量部分(1)、仿CT空间扫描***(2)、光声层析测量部分(3)及工业控制计算机(4)；其中：所述扩散光学层析测量部分(1)和所述光声层析测量部分(3)共同连接仿CT空间扫描***(2)形成一个完整的多模态测量***；所述工业控制计算机(4)中的***自动控制软件、数据处理和图像重建软件用于实现扩散光学信号和光声信号的自动化探测、数据采集及预处理和图像重建；其中，自动控制软件用于实现对扩散光学层析和光声层析联合测量***各组成部分的时序控制，以实现测量过程的自动化；数据处理和图像重建软件用于对联合测量***测量数据进行预处理，并采用图像重建算法对扩散光测量数据与光声测量数据进行图像重建，从而得到目标体扩散光学层析和光声层析双模态联合重建图像；

所述扩散光学层析测量部分(1)进一步还包括光学接收***(11)、稳态光源***(12)、滤光***(13)和检测***(14)；所述光声层析测量部分(3)进一步还包括光声探测***(31)、脉冲光源***(32)和数据采集***(33)。

2.如权利要求1所述的扩散光学层析和光声层析的联合测量***，其特征在于，所述仿CT空间扫描***包括水箱(21)、浸入水箱中设置的电控升降台和旋转台(22)、成像腔(23)以及用于挂载第一超声换能器(311)、第二超声换能器(312)以实现信号环形扫描的电控环形探测旋转台(24)，目标体(5)置于圆柱形的成像腔(23)内，成像腔(23)维持圆柱形状且能保证超声信号有效传播；成像腔(23)固定于电控升降台和旋转台(22)上，通过对升降间距和旋转角度的控制，调整不同成像面(6)上不同光源入射角度，即实现空间采样率的任意设定；所述水箱(21)中承载的水作为超声耦合液，将整个扫描***浸于耦合液中，用于声学信号的传播及减少超声信号的衰减。

3.如权利要求2所述的扩散光学层析和光声层析的联合测量***，其特征在于，所述扩散光学层析测量部分(1)还包括光学接收***(11)、稳态光源***(12)、电控滤光***(13)和检测***(14)；其中：

所述光学接收***(11)由目标体(5)对侧的同探测平面位置上等角度间隔均匀分布8根探测光纤组成，采用与成像腔同轴的半圆形光纤支架固定；

所述稳态光源***(12)包括两个波长分别为λ₁和λ₂的第一稳态半导体激光器(121)、第二稳态半导体激光器(122)，且连接同轴入射光纤；入射光经过准直器(123)后垂直入射至目标体(5)表面；分别接入到8:1光开关(111)的不同通道内，8:1光开关(111)出射光经准直器(112)至电控滤光***(13)；

所述电控滤光***(13)包括滤光轮控制器(131)和电控滤光轮(132)，出射光通过电控滤光***入射至检测***(14)；

所述检测***(14)包括光电倍增管(141)与计数模块(142)，所述光电倍增管(141)接收光信号并转换成电信号，由计数模块(142)进行处理与记录。

4.如权利要求2所述的扩散光学层析和光声层析的联合测量***，其特征在于，所述光声层析测量部分(3)还包括光声探测***(31)、脉冲光源***(32)和数据采集***(33)；其中：

所述脉冲光源***(32)采用脉冲激光器(321)的分布式多束入射方式来实现高能量脉冲入射光对目标体(5)表面的均匀照射，连接一组双臂光纤束(322)，光纤束传导激光分别均匀照射成像面的1/4半圆域；

所述光声探测***(31)由挂载于电控环形探测旋转台(24)上的第一超声换能器(311)和第二超声换能器(312)组成，相对入射光源位于反射测量面；其探头的环形扫描位置由电控环形探测旋转台(24)来调整；目标体(5)出射的光声信号由第一超声换能器(311)和第二超声换能器(312)探测后转化成电信号，传送至数据采集***(33)；

所述数据采集***(33)包括前置放大器(331)与高速数据采集卡(332)。

5.一种扩散光学层析和光声层析的联合测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、将选定波长的稳态光源***连接到同轴入射光纤，入射光纤经过准直器后垂直入射至目标体表面，在其对侧的同平面位置上等角度间隔均匀分布8根探测光纤，分别接入到多通道光开关的不同通道内，通过8:1光开关的切换获得不同探测位置的出射光信号；8:1光开关出射光经准直器准直后通过电控滤光轮后入射至光电倍增管，光电倍增管接收光信号并转换成电信号由计数模块进行处理与记录。

步骤(2)、脉冲激光器作为光声激发光源产生脉冲激光，由双臂光纤束将激发光传送至成像面的不同入射位置，垂直入射至待测目标体表面，由脉冲激光器激发产生的光声信号经过超声耦合液，传送到超声换能器被转换成电信号，电信号经过前置放大器后，由高速数据采集卡进行数据采集，最终将采集的数据传送给工业控制计算机进行处理；通过电控环形探测旋转台调整超声换能器的环形扫描位置，重复以上的测量步骤，最终可以得到不同角度投影下待测目标体出射的光声信号；

步骤(3)、通过步骤(1)获得单个光源入射角度下的扩散光学信号，然后再通过步骤(2)采集到待测目标体中激发出的光声信号；利用工业控制计算机中的***自动控制软件来调节仿CT空间扫描***中的电控旋转台，从而获得新的光源入射角度，重复步骤(1)和(2)，获得一个二维成像面上任意光源入射角度下的扩散光学信号和光声信号；再利用***自动控制软件来调节电控升降台和旋转台，继续重复以上步骤，便可以获得待测目标体任意成像面上的信息，将所有成像面上的信息组合起来便得到了整个目标体的三维信息；将获取的信息传送给数据处理及图像重建软件，最终可获得目标体的光学参数在二维或三维空间上的分布图像。