CN112603263B - 一种掌上光声成像装置及方法 - Google Patents

一种掌上光声成像装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112603263B
CN112603263B CN202011464661.1A CN202011464661A CN112603263B CN 112603263 B CN112603263 B CN 112603263B CN 202011464661 A CN202011464661 A CN 202011464661A CN 112603263 B CN112603263 B CN 112603263B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light source
circuit
signal
array
photoacoustic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011464661.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112603263A (zh
Inventor
杨思华
余兆
熊科迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Normal University
Original Assignee
South China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Normal University filed Critical South China Normal University
Priority to CN202011464661.1A priority Critical patent/CN112603263B/zh
Publication of CN112603263A publication Critical patent/CN112603263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112603263B publication Critical patent/CN112603263B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0013—Medical image data
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
    • A61B5/0022—Monitoring a patient using a global network, e.g. telephone networks, internet
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4416—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to combined acquisition of different diagnostic modalities, e.g. combination of ultrasound and X-ray acquisitions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4427—Device being portable or laptop-like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/04—Constructional details of apparatus
    • A61B2560/0431—Portable apparatus, e.g. comprising a handle or case

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明公开了一种掌上光声成像装置及方法，装置包括：光源驱动电路、光源阵列、光学整形***、超声探测阵列、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM单元、图像显示电路、无线传输电路、同步触发电路、电源。方法包括：光声信号由光源阵列激发并由超声探测阵列接收转化为模拟电信号；模拟电信号经信号放大电路放大，信号采集电路转换为数字信号并存储；微处理器ARM单元对数据进行信号处理、图像重建和控制图像的实时显示，本发明的装置采用LED/LD作为激发光源，在成像装置端对超声探测阵列采集的光声信号进行存储、处理、重建而实现掌上实时显示成像，同时，也可以通过无线传输的方式将成像数据传输给计算机，在计算机端显示。

Description

一种掌上光声成像装置及方法
技术领域
本发明涉及光声成像技术及装置领域，具体涉及一种掌上光声成像装置及方法。
背景技术
光声成像技术是近年来发展迅速并受到广泛关注的一种非入侵式和非电离式的新型生物影像技术。光声成像结合了光学成像和超声成像的优点，即光学成像的无损伤、高选择性激发特性和超声成像的低衰减、高穿透性特点。光声成像的理论基础是光声效应，当短脉冲光照射生物组织时，组织内的吸收体吸收光能量，从而升温膨胀，产生热弹波，能量以超声波的形式发射出来，这种由光激发产生的超声信号就是光声信号。生物组织产生的光声信号包含组织中不同组织成分的光吸收特征信息，通过检测光声信号强弱，可以重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像，同时从原理上避开了光散射的影响，突破了传统高分辨率光学成像的深度“软极限” (～1mm)。光声成像能够反映浅层组织内部结构和功能信息，是一种基于光学吸收差异特性反演生物组织内部生理病变的功能成像技术。
传统的光声成像都是采用的脉冲激光作为激发光源。例如，采用固体激光器(例如Nd:YAG laser)作为光源装置，但是这种的激光器通常体积较大、造价高昂并且移动不便，在实际中得不到大范围的推广。不仅如此，还需要通过光纤、准直器和透镜等对激光光束整形、聚焦。整个***庞大、繁杂、不易操作。
中国专利CN109497952A专利和CN104568758A专利都公开使用了LED作为激发源，实现了光声成像，降低了光声成像***的体积和费用。但是，上述发明专利的信号传输都是从头部超声换能器通过信号线，传输并存储在(外部) 电脑上，这种有线连接并附带电脑或示波器的光声成像***，体积仍然庞大，不利于便携，而且信号线的连接使得成像时不利于于调整探测角度和实时操作。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种掌上光声成像装置，实现掌上实时光声成像，提高了装置的便携性和操作性。
本发明的另一目的在于，提供一种掌上光声成像方法。
为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种掌上光声成像装置，包括：光源驱动电路、光源阵列、光学整形***、超声探测阵列、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM 单元、图像显示电路、无线传输电路、同步触发电路和电源；所述光源驱动电路、光源阵列和光学整形***顺序连接；所述超声探测阵列、信号放大电路、信号采集电路和微处理器ARM单元顺序连接；所述微处理器ARM单元分别与图像显示电路、无线传输电路相连；所述同步触发电路分别与光源驱动电路、信号采集电路相连；所述电源分别与光源驱动电路、同步触发电路、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM单元、图像显示电路和无线传输电路相连；
所述光源驱动电路，用于给光源阵列提供驱动电流，控制光源阵列的脉冲激发；
所述光源阵列，用于作为光声信号的激发光源，激发成像物体产生光声信号；
所述光学整形***，用于对光源阵列发射出的散射光斑整形和聚焦；
所述超声探测阵列，用于捕捉成像物体所激发的光声信号，并将光声信号转化成模拟的电信号；
所述信号放大电路，用于对模拟的电信号进一步放大；
所述信号采集电路，用于对放大后的模拟信号进行多路并行模/数转换和存储；
所述微处理器ARM单元，用于对存储的数据进行处理和图像重建；
所述图像显示电路，用于在微处理器ARM单元的控制下将重建后的图像数据进行显示，形成实时的图像；
所述无线传输电路，用于将重建后的图像通过无线的方式进行传输给具有无线接收功能的计算机；
所述同步触发电路，用于并行提供光源驱动电路和信号采集电路的同步触发信号。
作为优选的技术方案，所述的光源阵列由多个大功率单色LED/LD组成，所述LED/LD成线性排列，LED/LD通过串联方式连接；；所述光源阵列分布在所述超声探测阵列的左右两侧，照射叠加形成长度为24.5mm，宽度为6mm的矩形叠加光场。
作为优选的技术方案，所述光源驱动电路中驱动电流的脉冲宽度范围为 10ns-500ns，脉冲电压重复频率范围为1KHz-6KHz、电流大小范围为20A-100A。
作为优选的技术方案，所述光学整形***包括全反射式透镜和凸透镜；所述光源阵列位于全反射式透镜的焦点处；所述全反射式透镜将光源阵列散射光准直成平行光；所述凸透镜位于全反射式透镜正前方，用于将平行光聚焦成线性光；所述线性光的光斑尺寸大小与所述超声探测阵列的探测范围相匹配。
作为优选的技术方案，所述超声探测阵列包括128阵元的线性阵列，中心频率为7.5MHz，位于两个光源阵列之间；所述超声探测阵列位于探头部分的正中央，探测范围是一个长度为24.5mm，宽度为6mm的矩形；所述光源阵列产生的叠加光场在超声探测阵列的正前方。
作为优选的技术方案，所述的信号采集电路由现场可编程逻辑门阵列FPGA 控制，用于对多路并行输入的模拟数据进行模数转化，并将数据存储。
作为优选的技术方案，所述的微处理器ARM单元通过调用存储的光声数据，对数据进行滤波、平均的处理，通过成像算法对数据进行图像重建；所述的微处理器ARM单元通过LCD显示屏中的LCD的控制器将数据传输给LCD驱动器；所述LCD驱动器控制每个像素点的液晶分子，形成最终的图像。
作为优选的技术方案，所述的无线传输电路把图像重建后的数据由SPI接口传输到Wi-Fi发射端；所述Wi-Fi发射端用于将数据发送上传到计算机。
作为优选的技术方案，所述的电源容量为5000mAH，功率为42W，其形状为长90mm，宽50mm，高25mm的长方体。
为了达到上述第二目的，本发明提出了一种掌上光声成像方法，包括以下步骤：
(1)通过光源阵列出射的脉冲光激发成像物体，通过热弹效应，激发光声信号；
(2)通过超声探测阵列采集所述成像物体产生的光声信号，并将光声信号转化为模拟电信号；
(3)通过信号放大电路对所述超声探测阵列输出的模拟电信号进行进一步放大；
(4)通过信号采集电路对所述放大后的模拟信号进行模/数转换，将模拟的电信号转换成数字信号，并将其存储；
(5)通过微处理器ARM单元对所述存储的数据进行数据处理和图像重建，得到反映成像物体中不同物质对激发光特异性吸收的光声图像，并通过LCD显示屏实时显示；
(6)将所述图像重建后的图像数据通过无线传输电路传输给计算机。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明的装置采用LED/LD作为激发光源，在成像装置端对超声探测阵列采集的光声信号进行存储、处理、重建而实现掌上实时显示成像，同时，也可以通过无线传输的方式将成像数据传输给计算机，在计算机端显示。另外，本发明的成像装置由光源激发、信号采集和实时成像一体化集成，具有极高的便携性和操作灵活性，在使用过程中能根据实时成像及时调整检测部位，实现快速即时、多位置调整的功能成像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明一种掌上光声成像装置的装置图。
图2是本发明一种掌上光声成像装置正面结构示意图。
图3是本发明一种掌上光声成像装置的右剖视图。
图4是本发明一种掌上光声成像装置的上视图。
图5是本发明一种掌上光声成像装置成像方法的***流程图。
其中1是超声探测阵列；2-1是上方LED/LD光源口；2-2是下方LED/LD 光源口；3-1是上方光学整形***；3-2是下方光学整形***；4-1是上方光源阵列；4-2是下方光源阵列；5-1是上方光源驱动电路；5-2是下方光源驱动电路； 6是集成模块；7是电源驱动电路；8是图像显示电路；9是LCD显示屏；10是电源；11是采集开关；12是电源开关；13是USB充电接口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供的一种掌上光声成像装置，包括超声探测阵列1、上方LED/LD光源口2-1、下方LED/LD光源口2-2、上方光学整形***3-1、下方光学整形***3-2、上方光源阵列4-1、下方光源阵列 4-2、上方光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2、集成模块6、电源驱动电路7、图像显示电路8、LCD显示屏9、电源10、采集开关11、电源开关12、USB充电接口13以及掌上模具外观；所述集成模块6由同步触发电路、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM单元和无线传输电路集成；上述所有器件和电路均装配连接在掌上模具外观内。
如图3所示，所述上方LED/LD光源口2-1、上方光学整形***3-1、上方光源阵列4-1和上方光源驱动电路5-1顺序连接；所述下方LED/LD光源口2-2、下方光学整形***3-2、下方光源阵列4-2和下方光源驱动电路5-2顺序连接。
如图5所示，所述超声探测阵列1、集成模块6中的信号放大电路、集成模块6中的信号采集电路和集成模块6中的微处理器ARM单元顺序连接，所述集成模块6中的微处理器ARM单元分别与图像显示电路8、集成模块6中的无线传输电路相连；所述集成模块6中的同步触发电路分别与上方光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2和信号采集电路相连；所述电源10与电源驱动电路7相连，所述电源驱动电路7分别与上方光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2、集成模块6中的同步触发电路、集成模块6中的信号放大电路、集成模块6中的信号采集电路、集成模块6中的微处理器ARM单元、集成模块6中的无线传输电路和图像显示电路8相连。
所述上方光源驱动电路5-1用于为上方光源阵列4-1提供驱动电流，控制上方光源阵列4-1的脉冲激发；所述下方光源驱动电路5-2用于为下方光源阵列4-2 提供驱动电流，控制下方光源阵列4-2的脉冲激发。
所述上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2，用于作为光声信号的激发光源，激发成像物体产生光声信号。
所述上方光学整形***3-1用于对上方光源阵列4-1发射出的散射光斑进行整形和聚焦；所述下方光学整形***3-2用于对下方光源阵列4-2发射出的散射光斑进行整形和聚焦。
所述上方LED/LD光源口2-1用于作为从上方光学整形***3-1发射出的整形和聚焦后的脉冲光束的出光口；所述下方LED/LD光源口2-2用于作为从下方光学整形***3-2发射出的整形和聚焦后的脉冲光束的出光口。
所述超声探测阵列1，用于捕捉成像物体所激发的光声信号，并将光声信号转化成模拟的电信号。
所述集成模块6中的同步触发电路，用于并行提供上方光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2和集成模块6中的信号采集电路的同步触发信号。
所述集成模块6中的信号放大电路，用于对所述超声探测阵列1所输出的模拟的电信号进一步放大。
所述集成模块6中的信号采集电路，用于对放大后的模拟信号进行多路并行模/数转换和存储。
所述集成模块6中的微处理器ARM单元，用于对存储的数据进行处理和图像重建。
所述集成模块6中的无线传输电路，用于将重建后的图像通过无线的方式进行传输给具有无线接收功能的计算机。
所述电源驱动电路7用于将所述电源10提供的电能转换为***中所需求的不同的规格的电压输出。
所述图像显示电路8，用于在微处理器ARM单元的控制下将重建后的图像数据进行显示，形成实时的图像。
所述LCD显示屏9负责显示实时图像。
所述电源10提供整个掌上光声成像装置的电能供应。
所述采集开关11通过集成模块6中的同步触发电路控制光声信号的激发和采集。
所述电源开关12控制掌上光声成像装置的电能供应。
所述USB充电接口13用于为电源10充电。
具体地，在本实施例中，所述上方光源驱动电路5-1和下方光源驱动电路 5-2的输入电压为16V，所述上方光源驱动电路5-1和下方光源驱动电路5-2为上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2提供的驱动电流的脉冲宽度范围为 10ns-500ns，脉冲电压重复频率范围为1KHz-6KHz、电流大小范围为20A-100A。正常工作时，所述驱动电流激发上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2发光，利用上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2的快速响应的特性，可以获得一个窄脉宽的脉冲光，提高光声转换效率，提高信噪比；利用所述驱动电流的高脉冲重复频率可以在短时间内快速获取多个信号并对其进行信号平均，从而克服它们相对较低的脉冲能量造成的信噪比低的问题；当通过高电流(50A-70A)的脉冲来驱动时，可以让上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2能够提供远远超过其正常连续工作时的光输出功率,提高其信噪比。
具体地，在本实施例中，所述上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2采用了多个大功率单色的LED灯和LD灯，所述LED灯的波长为520nm(±10nm)，最大输入直流电流为10.5A，所述LD灯的波长为905nm，输出功率为130W，所述LED灯和LD灯用串联方式连接，所述LED灯和LD灯可采用多排的线性阵列和圆形阵列的方式，所述上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2分布在超声探测阵列1的上下两侧，共同照射，相互叠加，形成一个长度为24.5mm，宽度为 6mm的矩形叠加光场。
具体地，在本实施例中，所述的上方光学整形***3-1和下方光学整形*** 3-2均包括全反射式透镜和凸透镜；所述上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2 全反射式透镜的焦点处；所述全反射式透镜将通过的激发光光束折射和反射，准直成平行光；所述凸透镜位于上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2前方，将平行光聚焦成线形光，所述线性光的光斑尺寸大小与所述超声探测阵列1的探测范围相匹配；所述的全反射式透镜和凸透镜都采用光学级PMMA材质，达到 93％的透光性。
具体地，在本实施例中，所述超声探测阵列1包括超声探测阵列外壳、匹配层、压电材料、背衬块和信号线；超声探测阵列接收/发射超声的一端与超声耦合器紧密连接；所述超声探测阵列1包含128阵元的线性阵列，中心频率为 7.5MHz，位于上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2之间；所述超声探测阵列1 位于探头部分的正中央，探测范围是一个长度为24.5mm，宽度为6mm的矩形；所述上方光源阵列4-1和下方光源阵列4-2产生的叠加光场在超声探测阵列1的正前方；所述超声探测阵列1检测的电信号经过信号线传递给集成模块6中的信号放大电路。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的同步触发电路由现场可编程逻辑门阵列FPGA组成，用于给所述上方光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路 5-2和集成模块6中的信号采集电路提供同步触发信号；在FPGA内部可提前设置所述同步触发信号的频率和脉宽；特别的，在本实施例中所述同步触发信号的频率为5KHz，脉宽为150ns。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的信号放大电路包括低噪声放大器和功率放大器。所述的低噪声放大器对超声探测阵列1所采集的电信号进行放大的同时，对***中的噪声进行抑制；所述的功率放大器对经过低噪声放大器放大的电流进一步进行功率放大。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的信号采集电路对所述集成模块6中的信号放大电路所输出的128路信号进行多路并行模/数转换，并将数据存储在EMMC存储器中。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的微处理器ARM单元进行图像重建过程所使用的嵌入式芯片为三星公司的Exynos4412芯片；Exynos4412芯片集成了四个1.5GHz频率的32位处理器核心和一个GPU图形核心Mali400MP 四核。一个1.5GHz的CPU满载的平均功耗为0.9W。运行内存达到1G，内部存储容量EMMC达到4G，芯片引脚达到804个，其中输入输出引脚GPIO达到 304个。
具体地，在本实施例中，嵌入式***采用Linux***。Linux***支持32 位和64位硬件Linux，是多任务、支持多线程和多CPU的操作***。Linux是一个***性能稳定、免费开源操作***，可以定制和优化为一个特定的嵌入式***，易于对***软件和应用软件的开发和调试。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的无线传输电路采用AP6181模块；所述AP6181模块是一款单频Wi-Fi模块，采用博通BCM43362方案，频率为2.4GHz，支持Android/Linux/RTOS操作***，提供无线调制解调器功能，并直接利用序列扩频和OFDM/CCK技术，集成了IEEE 802.11b/g/n MAC、基带、射频以及功率放大器、电源管理装置、SDIO 2.0或SPI接口。
具体地，在本实施例中，所述集成模块6中的微处理器ARM单元通过LCD 显示屏9中的LCD控制器将数据传输给LCD驱动器；所述LCD驱动器控制每个像素点的液晶分子，在LCD显示屏9中形成最终的图像。
具体地，在本实施例中，所述的电源采用16V锂电池，容量为5000mAH，功率为42W，其形状为长90mm，宽50mm，高25mm的长方体，位于成像装置后部的电池盒内；电量不足时可以通过USB充电接口13进行充电。
如图5所示，基于上述的一种掌上光声成像装置，本实施例还提供了一种掌上光声成像方法，其步骤如下：
(1)闭合电源开关，电源供电：
闭合成像装置的电源开关12，所述的电源10开始给所述上方电源驱动电路 7提供电能供应；所述电源驱动电路7将所述电源10提供的电能转换为超声探测阵列1、光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2、集成模块6、图像显示电路8、LCD显示屏9所需求的不同的规格的电压，***进入初始化；
(2)闭合采集开关：
闭合成像装置的采集开关，所述集成模块6中的同步触发电路发送重复频率为脉冲触发信号给所述光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2；所述光源驱动电路5-1、下方光源驱动电路5-2分别为所述上方光源阵列4-1、下方光源阵列4-2提供重复频率为5KHz、电流值为70A、脉宽为150ns的瞬间大电流，驱动上方光源阵列4-1、下方光源阵列4-2中的LED/LD发光；所述从上方光源阵列4-1、下方光源阵列4-2发出的光分别经过所述上方光学整形***3-1、下方光学整形***3-2束型和聚焦后，分别从所述上方LED/LD光源口2-1、下方LED/LD光源口2-2射出；所述出射的光束汇聚于所述掌上光声成像装置头部的超声探测阵列1正前方。
(3)采集光声信号：
在成像物体表面涂上少量超声耦合液，贴于所述掌上光声成像装置头部的所述超声探测阵列1正前方；所述集成模块6中的同步触发电路给所述集成模块6中的信号采集电路发送同步触发信号，所述同步触发信号控制所述信号采集电路中的128路通道采集，接受由脉冲光所激发的光声信号；所述上方光源阵列4-1、下方光源阵列4-2激发的光声信号被所述超声探测阵列1所采集，将光声信号转化为模拟的电信号；
(4)信号放大：
所述集成模块6中的信号放大电路将所述超声探测阵列1产生的微弱模拟电信号进一步放大：所述信号放大电路中的低噪声放大器先对模拟电信号放大，同时抑制噪声；所述信号放大电路中的功率放大器对经过所述低噪声放大器放大的模拟电信号进一步进行功率放大；
(5)信号A/D装换：
经所述集成模块6中的信号放大电路放大之后的模拟电信号，通过所述集成模块6中的信号采集电路进行模/数转换，将模拟电信号转化成数字电信号，并存储所述数字电信号；
(6)图像重建和实时显示：
所述集成模块6中的微处理器ARM单元对所述存储的数字电信号数据进行数据分析、处理和图像重建，得到反映成像物体中不同物质对激发光特异性吸收的光声图像，并通过LCD显示屏9实时显示；重建后的图像数据还可以通过所述集成模块6中的无线传输电路传输给外部计算机。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种掌上光声成像装置，其特征在于，包括：光源驱动电路、光源阵列、光学整形***、超声探测阵列、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM单元、图像显示电路、无线传输电路、同步触发电路和电源；所述光源驱动电路、光源阵列和光学整形***顺序连接；所述超声探测阵列、信号放大电路、信号采集电路和微处理器ARM单元顺序连接；所述微处理器ARM单元分别与图像显示电路、无线传输电路相连；所述同步触发电路分别与光源驱动电路、信号采集电路相连；所述电源分别与光源驱动电路、同步触发电路、信号放大电路、信号采集电路、微处理器ARM单元、图像显示电路和无线传输电路相连；
所述光源驱动电路，用于给光源阵列提供驱动电流，控制光源阵列的脉冲激发；所述光源驱动电路中驱动电流的脉冲宽度范围为10ns-500ns，脉冲电压重复频率范围为1KHz-6KHz、电流大小范围为20A-100A；
所述光源阵列，用于作为光声信号的激发光源，激发成像物体产生光声信号；所述的光源阵列由多个大功率单色LED/LD组成，所述LED/LD成线性排列，LED/LD通过串联方式连接，所述光源阵列分布在所述超声探测阵列的两侧；
所述光学整形***，用于对光源阵列发射出的散射光斑整形和聚焦；所述光学整形***包括全反射式透镜和凸透镜；所述光源阵列位于全反射式透镜的焦点处；所述全反射式透镜将光源阵列散射光准直成平行光；所述凸透镜位于全反射式透镜正前方，用于将平行光聚焦成线性光；所述线性光的光斑尺寸大小与所述超声探测阵列的探测范围相匹配；
所述超声探测阵列，用于捕捉成像物体所激发的光声信号，并将光声信号转化成模拟的电信号；
所述信号放大电路，用于对模拟的电信号进一步放大；
所述信号采集电路，用于对放大后的模拟信号进行多路并行模/数转换和存储；
所述微处理器ARM单元，用于对存储的数据进行处理和图像重建；
所述图像显示电路，用于在微处理器ARM单元的控制下将重建后的图像数据进行显示，形成实时的图像；微处理器ARM单元通过调用存储的光声数据，对数据进行滤波、平均的处理，通过成像算法对数据进行图像重建；所述的微处理器ARM单元通过LCD显示屏中的LCD的控制器将数据传输给LCD驱动器；所述LCD驱动器控制每个像素点的液晶分子，形成最终的图像；
所述无线传输电路，用于将重建后的图像通过无线的方式进行传输给具有无线接收功能的计算机；
所述同步触发电路，用于并行提供光源驱动电路和信号采集电路的同步触发信号。
2.根据权利要求1所述的一种掌上光声成像装置，其特征在于，照射叠加形成长度为24.5mm，宽度为6mm的矩形叠加光场。
3.根据权利要求1所述的一种掌上光声成像装置，其特征在于，所述超声探测阵列包括128阵元的线性阵列，中心频率为7.5MHz，位于两个光源阵列之间；所述超声探测阵列位于探头部分的正中央，探测范围是一个长度为24.5mm，宽度为6mm的矩形；所述光源阵列产生的叠加光场在超声探测阵列的正前方。
4.根据权利要求1所述的一种掌上光声成像装置，其特征在于，所述的信号采集电路由现场可编程逻辑门阵列FPGA控制，用于对多路并行输入的模拟数据进行模数转化，并将数据存储。
5.根据权利要求1所述的一种掌上光声成像装置，其特征在于，所述的无线传输电路把图像重建后的数据由SPI接口传输到Wi-Fi发射端；所述Wi-Fi发射端用于将数据发送上传到计算机。
6.根据权利要求1所述的一种掌上光声成像装置，其特征在于，所述的电源容量为5000mAH，功率为42W，其形状为长90mm，宽50mm，高25mm的长方体。
7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述装置的掌上光声成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过光源阵列出射的脉冲光激发成像物体，通过热弹效应，激发光声信号；
通过超声探测阵列采集所述成像物体产生的光声信号，并将光声信号转化为模拟电信号；
通过信号放大电路对所述超声探测阵列输出的模拟电信号进行进一步放大；
通过信号采集电路对所述放大后的模拟信号进行模/数转换，将模拟的电信号转换成数字信号，并将其存储；
通过微处理器ARM单元对所述存储的数据进行数据处理和图像重建，得到反映成像物体中不同物质对激发光特异性吸收的光声图像，并通过LCD显示屏实时显示；
将所述图像重建后的图像数据通过无线传输电路传输给计算机。
CN202011464661.1A 2020-12-14 2020-12-14 一种掌上光声成像装置及方法 Active CN112603263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011464661.1A CN112603263B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种掌上光声成像装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011464661.1A CN112603263B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种掌上光声成像装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112603263A CN112603263A (zh) 2021-04-06
CN112603263B true CN112603263B (zh) 2023-09-05

Family

ID=75233706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011464661.1A Active CN112603263B (zh) 2020-12-14 2020-12-14 一种掌上光声成像装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112603263B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101690672A (zh) * 2009-09-26 2010-04-07 哈尔滨工业大学（威海） 基于阵列探头的实时光声成像装置
CN103860140A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 埃索拉医疗有限公司 用于物体的层析光声成像的手持装置和方法
CN103860141A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 健康与环境慕尼黑德国研究中心赫姆霍茨中心(有限公司) 用于物体的立体实时光声成像的手持装置和方法
CN105640493A (zh) * 2014-11-28 2016-06-08 佳能株式会社 光声装置和用于光声装置的控制方法
CN107157448A (zh) * 2017-05-25 2017-09-15 睿芯生命科技（深圳）有限公司 用于浅表部位成像的光声与超声同步成像***和方法
CN107607473A (zh) * 2017-08-31 2018-01-19 华南师范大学 一种同时多点激发与匹配接收的光声三维成像装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200205670A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 Butterfly Network, Inc. Methods and apparatuses for photoacoustic imaging

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101690672A (zh) * 2009-09-26 2010-04-07 哈尔滨工业大学（威海） 基于阵列探头的实时光声成像装置
CN103860140A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 埃索拉医疗有限公司 用于物体的层析光声成像的手持装置和方法
CN103860141A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 健康与环境慕尼黑德国研究中心赫姆霍茨中心(有限公司) 用于物体的立体实时光声成像的手持装置和方法
CN105640493A (zh) * 2014-11-28 2016-06-08 佳能株式会社 光声装置和用于光声装置的控制方法
CN107157448A (zh) * 2017-05-25 2017-09-15 睿芯生命科技（深圳）有限公司 用于浅表部位成像的光声与超声同步成像***和方法
CN107607473A (zh) * 2017-08-31 2018-01-19 华南师范大学 一种同时多点激发与匹配接收的光声三维成像装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112603263A (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10299685B2 (en) Method and apparatus to enhance light illuminating intensity and diffusivity
CN107607473B (zh) 一种同时多点激发与匹配接收的光声三维成像装置及方法
US9675256B2 (en) Photoacoustic apparatus and method for controlling the same
EP2203733B1 (en) Confocal photoacoustic microscopy with optical lateral resolution
CN103389273A (zh) 一种光声和光学融合的多模态成像***
US10674918B2 (en) Near-infrared (NIR) optical scanner
CN105050485A (zh) 用于光声成像的紧凑激光器和有效脉冲递送
CN102429644B (zh) 血管影像定位装置
US9730588B2 (en) Photoacoustic measurement device and probe for photoacoustic measurement device
CN108717045A (zh) 一种超声、光声和荧光三模态成像***
CN100366227C (zh) 光声血管成像监测肿瘤光动力治疗效果的方法和装置
CN101690672A (zh) 基于阵列探头的实时光声成像装置
CN103099640A (zh) 声波获取装置
CN112603263B (zh) 一种掌上光声成像装置及方法
CN101424667A (zh) 基于脉冲氙灯光激发的光声成像方法及装置
WO2016031700A1 (ja) 光音響波検出器および光音響画像化装置
US11399719B2 (en) Probe for photoacoustic measurement and photoacoustic measurement apparatus including same
CN101658413A (zh) 移动通信终端、诊断服务器及乳腺疾病检测***
CN115040083B (zh) 基于多超声换能器的光声层析和超声成像***及方法
CN110584616A (zh) 一种双模成像显微镜***
CN114129132A (zh) 一种大视场高速光声显微成像装置及方法
CN105246396B (zh) 被检体信息获取装置和被检体信息获取装置的控制方法
CN201481399U (zh) 移动通信终端
CN216823426U (zh) 一种用于光声断层成像的光路***
US20190159760A1 (en) Photoacoustic probe

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant