CN110477871A - 用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，该光声层析成像装置包括：光源组件，光纤束耦合组件，成像支架；成像支架与光纤束耦合组件连接，成像支架的***形成有圆形滑槽；信号采集组件，包括一个光声信号探测器，光声信号探测器用于探测由目标物的成像部位激发出的光声信号，光声信号探测器可活动的设置于圆形滑槽中；电控旋转台组件，电控旋转台组件与光声信号探测器连接；信号处理组件，信号处理组件分别与光源组件、信号采集组件和电控旋转台组件连接。本发明实施例提供的光声层析成像装置相比于传统的自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像***成像质量得到了明显提高。
Description
技术领域
本发明实施例涉及成像技术，具体涉及一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置。
背景技术
自由移动状态下实验动物的脑部成像对医学研究具有重大意义，相比于传统医学影像技术，光声成像***更易于小型化与集成化，以便安置在实验动物脑部。光声成像技术通过探测脉冲激光激发的超声波进行成像，兼具光学成像与超声成像双重优势，具有丰富的对比度来源以及较高的分辨率及成像深度，而且能够获取三维信息，以上的这些特征使得光声成像技术在自由移动的实验动物实时脑成像方面存在着极大的应用潜力。
目前，现有的自由移动状态实验动物活体脑成像光声层析成像***多采用压电薄膜材料制成阵列式探测器以最大限度地减轻重量，缩小体积。然而采用压电薄膜材料的阵列式探测器成像质量较差，而且需要繁琐的校准步骤，严重限制了光声技术在该领域的应用。
发明内容
本发明实施例提供一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，能够有效提高光声层析成像的成像质量。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，包括：
光源组件，用于提供激发光声信号的光源；
光纤束耦合组件，用于耦合并传输所述光源组件发出的光；
成像支架，用于固定在目标物的成像部位；所述成像支架与所述光纤束耦合组件连接，所述成像支架的***形成有圆形滑槽；
信号采集组件，包括一个光声信号探测器，所述光声信号探测器用于探测由所述目标物的成像部位激发出的光声信号，所述光声信号探测器可活动的设置于所述圆形滑槽中；
电控旋转台组件，所述电控旋转台组件与所述光声信号探测器连接，所述电控旋转台组件用于控制所述光声信号探测器沿所述圆形滑槽运动；
信号处理组件，所述信号处理组件分别与所述光源组件、所述信号采集组件和所述电控旋转台组件连接，所述信号处理组件用于对所述光声信号进行处理，得到所述目标物的成像部位的图像。
可选的，所述光源组件包括脉冲泵浦激光器和光学参数振荡器；所述脉冲泵浦激光器和所述光学参数振荡器电连接；
所述脉冲泵浦激光器用于发出固定波长的脉冲泵浦激光；
所述光学参数振荡器用于调节所述脉冲泵浦激光的波长。
可选的，所述光纤束耦合组件包括透镜、光纤束、光纤束夹持器和五维平移台；所述透镜和所述光纤束夹持器安装在所述五维平移台；
所述透镜用于将所述光源组件发出的光耦合进所述光纤束；所述光纤束夹持器用于固定所述光纤束的输入端，所述光纤束的输出端固定于所述成像支架上。
可选的，所述光纤束的输出端固定于所述成像支架顶端的中心。
可选的，所述电控旋转台组件包括电控旋转台、柔性传动软管和电控旋转台控制器；所述光声信号探测器通过所述柔性传动软管与所述电控旋转台连接；所述电控旋转台控制器与所述电控旋转台连接；
所述电控旋转台用于通过所述柔性传动软管带动所述光声信号探测器沿所述圆形滑槽运动；
所述电控旋转台控制器用于控制所述电控旋转台旋转。
可选的，所述电控旋转台的中心开设有通孔，所述光纤束穿过所述通孔固定至所述成像支架上。
可选的，所述信号采集组件还包括信号放大器和数据采集卡，所述光声信号探测器与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集卡连接；
所述信号放大器用于对所述光声信号探测器探测的光声信号进行放大；
所述数据采集卡用于采集放大后的光声信号，并将所述放大后的光声信号传输到所述信号处理组件。
可选的，所述成像支架上设置有骨蜡，所述骨蜡用于将所述成像支架固定在所述成像部位。
可选的，所述光声信号探测器为小型超声探测器。
可选的，所述成像支架的内部装有超声耦合剂。
本发明实施例提供了一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，包括光源组件、光纤束耦合组件、成像支架、信号采集组件、电控旋转台组件和信号处理组件，成像支架固定在目标物的成像部位，成像支架的***形成有圆形滑槽，信号采集组件包括一个光声信号探测器，光声信号探测器可活动的设置于圆形滑槽中，电控旋转台组件与光声信号探测器连接，信号处理组件分别与光源组件、信号采集组件和电控旋转台组件连接。通过光源组件发出激发光声信号的光源，通过光纤束耦合组件耦合并传输光源组件发出的光，并由电控旋转台组件控制光声信号探测器沿圆形滑槽运动，从而通过光声信号探测器探测由目标物的成像部位激发出的光声信号，由信号处理组件对光声信号进行处理，得到目标物的成像部位的图像，与现有的采用阵列式结构的光声层析成像装置相比，探测器沿圆形滑槽运动并且单个探测器不需要校准，能够有效提高光声层析成像的成像质量。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种光声层析成像装置的结构框图；
图2是本发明实施例一提供的一种成像支架的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种光声层析成像装置的结构框图；
图4是本发明实施例二提供的一种光声层析成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
基于现有的光声层析成像装置多采用阵列式结构，为了减轻重量以及简化结构而影响了成像质量，本实施例提供了一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置。示例性地，参考图1和图2，图1是本发明实施例一提供的一种光声层析成像装置的结构框图，图2是本发明实施例一提供的一种成像支架的剖面结构示意图，本实施例可适用于自由移动的小鼠/大鼠脑成像的光声层析成像的情况，该光声层析成像装置包括：光源组件10、光纤束耦合组件20、成像支架30、信号采集组件40、电控旋转台组件50和信号处理组件60；
光源组件10用于提供激发光声信号的光源；
光纤束耦合组件20用于耦合并传输光源组件发出的光；
成像支架30用于固定在目标物的成像部位；成像支架30与光纤束耦合组件20连接，成像支架30的***形成有圆形滑槽301；
信号采集组件40包括一个光声信号探测器401，光声信号探测器401用于探测由目标物的成像部位激发出的光声信号，光声信号探测器401可活动的设置于圆形滑槽301中；
电控旋转台组件50与光声信号探测器401连接，电控旋转台组件50用于控制光声信号探测器401沿圆形滑槽301运动；
信号处理组件60分别与光源组件10、信号采集组件40和电控旋转台组件50连接，信号处理组件60用于对光声信号进行处理，得到目标物的成像部位的图像。
示例性地，光源组件10可发出波长可调、脉宽在5ns-10ns之间的光，通过光纤耦合组件20将光源组件10发出的光传输到与光纤耦合组件20连接的成像支架30，成像支架30固定在目标物的成像部位，因此传输到成像支架30的光可激发目标物的成像部位发出光声信号，从而通过设置于成像支架30的圆形滑槽301中的光声信号探测器401探测由目标物的成像部位激发出的光声信号，并通过信号采集组件40将光声信号传输到信号处理组件60，使信号处理组件60对光声信号进行处理，得到目标物的成像部位的图像。
具体的，在光声信号探测器401探测光声信号时，通过电控旋转台组件50控制光声信号探测器401沿圆形滑槽301运动，以使光声信号探测器401探测到目标物的成像部位的各个方向激发出的光声信号。单个光声信号探测器代替阵列式的探测器，省去了校准的步骤，降低了因校准带来的成像质量较差的问题，使得成像效果得到了有效提高。
本实施例提供的用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，包括光源组件、光纤束耦合组件、成像支架、信号采集组件、电控旋转台组件和信号处理组件，成像支架固定在目标物的成像部位，成像支架的***形成有圆形滑槽，信号采集组件包括一个光声信号探测器，光声信号探测器可活动的设置于圆形滑槽中，电控旋转台组件与光声信号探测器连接，信号处理组件分别与光源组件、信号采集组件和电控旋转台组件连接。通过光源组件发出激发光声信号的光源，通过光纤束耦合组件耦合并传输光源组件发出的光，并由电控旋转台组件控制光声信号探测器沿圆形滑槽运动，从而通过光声信号探测器探测由目标物的成像部位激发出的光声信号，由信号处理组件对光声信号进行处理，得到目标物的成像部位的图像，与现有的采用阵列式结构的光声层析成像装置相比，探测器沿圆形滑槽运动并且单个探测器不需要校准，能够有效提高光声层析成像的成像质量。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的一种光声层析成像装置的结构框图，图4是本发明实施例二提供的一种声层析成像装置的结构示意图，在上述技术方案的基础上，可选的，参考图3和图4，光源组件10包括脉冲泵浦激光器101和光学参数振荡器102；脉冲泵浦激光器101和光学参数振荡器102电连接；脉冲泵浦激光器101用于发出固定波长的脉冲泵浦激光；光学参数振荡器102用于调节脉冲泵浦激光的波长。
其中，脉冲泵浦激光器101发出一次532nm波长的脉冲泵浦激光，脉冲泵浦激光在经过光学参数振荡器102后被转换为任意波长的脉冲激光，脉冲激光的脉宽在5ns-10ns之间。
可选的，光纤束耦合组件20包括透镜201、光纤束202、光纤束夹持器203和五维平移台204；透镜201和光纤束夹持器203安装在五维平移台204；透镜201用于将光源组件10发出的光耦合进光纤束202；光纤束夹持器203用于固定光纤束202的输入端，光纤束202的输出端固定于成像支架30上。
具体的，透镜201、光纤束202、光纤束夹持器203、脉冲泵浦激光器101以及光学参数振荡器102共轴安装，光纤束202的输入端固定在光纤束夹持器203上，五维平移台204设置有旋钮，可以通过拧旋钮调节在五维平移台204上的光纤束202在三维空间的位置与俯仰角度，以将脉冲激光耦合效率提高至最大。
可选的，光纤束202的输出端固定于成像支架30顶端的中心，以使光线束202中的脉冲激光传输至成像支架30。
可选的，电控旋转台组件50包括电控旋转台501、柔性传动软管502和电控旋转台控制器503；光声信号探测器401通过柔性传动软管502与电控旋转台501连接；电控旋转台控制器503与电控旋转台501连接；电控旋转台501用于通过柔性传动软管502带动光声信号探测器401沿圆形滑槽运动；电控旋转台控制器503用于控制电控旋转台501旋转。
具体的，电控旋转台501设置有旋转电机，电控旋转台控制器503通过控制旋转电机从而使电控旋转台501旋转，电控旋转台501旋转后通过柔性传动软管502带动光声信号探测器401沿圆形滑槽运动，以探测目标物的成像部位的各个方向激发出的光声信号。
可选的，电控旋转台501的中心开设有通孔，光纤束202穿过通孔固定至成像支架30上，防止在目标物移动时光线束202和其它连接线缠绕而影响采集效果，目标物可以是实验动物如自由移动的小鼠等。
可选的，信号采集组件40还包括信号放大器402和数据采集卡403，光声信号探测器401与信号放大器连接402，信号放大器402与数据采集卡403连接；信号放大器402用于对光声信号探测器401探测的光声信号进行放大；数据采集卡403用于采集放大后的光声信号，并将放大后的光声信号传输到信号处理组件60。
具体的，信号采集组件40可以采集脉冲激光在目标物脑部激发的光声信号，此时成像支架可以固定在目标物的颅骨上，信号采集组件40包括计算机，计算机内装有采集控制软件和数据处理软件，采集控制软件可以是Labview软件；数据处理软件可以是Matlab软件；采集控制软件用于控制光源组件对成像目标进行扫描，以及控制电控旋转台组件和信号采集组件采集成像区域内每一个扫描点处的光声信号；数据处理软件对采集到的光声信号进行处理，重建出成像目标的图像。
可选的，成像支架30上设置有骨蜡，骨蜡用于将成像支架30固定在成像部位。
具体的，成像支架还可通过牙科粉等常用医用材料固定在成像部位，如实验动物的颅骨上。
可选的，光声信号探测器401为小型超声探测器。
其中，小型超声探测器401具有较大的方向角，经过一次信号探测无法重建出整个成像区域内光学吸收参数的分布，为了得到成像区域内较精确的光声图像，需要在不同的探测位置分别完成一次(或者多次)信号探测。
可选的，成像支架30的内部装有超声耦合剂，以将脉冲激光激发的光声信号传递给信号采集组件。
需要说明的是，在光声层析成像过程中，激光器输出的波长，信号采集时的采样率，旋转电机的步长等参数可以根据实际情况进行选择，在此不做限定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种用于自由移动状态下实验动物脑成像的光声层析成像装置，其特征在于，包括：
光源组件，用于提供激发光声信号的光源；
光纤束耦合组件，用于耦合并传输所述光源组件发出的光；
成像支架，用于固定在目标物的成像部位；所述成像支架与所述光纤束耦合组件连接，所述成像支架的***形成有圆形滑槽；
信号采集组件，包括一个光声信号探测器，所述光声信号探测器用于探测由所述目标物的成像部位激发出的光声信号，所述光声信号探测器可活动的设置于所述圆形滑槽中；
电控旋转台组件，所述电控旋转台组件与所述光声信号探测器连接，所述电控旋转台组件用于控制所述光声信号探测器沿所述圆形滑槽运动；
信号处理组件，所述信号处理组件分别与所述光源组件、所述信号采集组件和所述电控旋转台组件连接，所述信号处理组件用于对所述光声信号进行处理，得到所述目标物的成像部位的图像。
2.根据权利要求1所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述光源组件包括脉冲泵浦激光器和光学参数振荡器；所述脉冲泵浦激光器和所述光学参数振荡器电连接；
所述脉冲泵浦激光器用于发出固定波长的脉冲泵浦激光；
所述光学参数振荡器用于调节所述脉冲泵浦激光的波长。
3.根据权利要求1所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述光纤束耦合组件包括透镜、光纤束、光纤束夹持器和五维平移台；所述透镜和所述光纤束夹持器安装在所述五维平移台；
所述透镜用于将所述光源组件发出的光耦合进所述光纤束；所述光纤束夹持器用于固定所述光纤束的输入端，所述光纤束的输出端固定于所述成像支架上。
4.根据权利要求3所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述光纤束的输出端固定于所述成像支架顶端的中心。
5.根据权利要求3所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述电控旋转台组件包括电控旋转台、柔性传动软管和电控旋转台控制器；所述光声信号探测器通过所述柔性传动软管与所述电控旋转台连接；所述电控旋转台控制器与所述电控旋转台连接；
所述电控旋转台用于通过所述柔性传动软管带动所述光声信号探测器沿所述圆形滑槽运动；
所述电控旋转台控制器用于控制所述电控旋转台旋转。
6.根据权利要求5所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述电控旋转台的中心开设有通孔，所述光纤束穿过所述通孔固定至所述成像支架上。
7.根据权利要求1所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述信号采集组件还包括信号放大器和数据采集卡，所述光声信号探测器与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集卡连接；
所述信号放大器用于对所述光声信号探测器探测的光声信号进行放大；
所述数据采集卡用于采集放大后的光声信号，并将所述放大后的光声信号传输到所述信号处理组件。
8.根据权利要求1所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述成像支架上设置有骨蜡，所述骨蜡用于将所述成像支架固定在所述成像部位。
9.根据权利要求1-8任一所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述光声信号探测器为小型超声探测器。
10.根据权利要求9所述的光声层析成像装置，其特征在于，所述成像支架的内部装有超声耦合剂。
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