[发明专利]基于有限角度扫描的光声断层成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，该光声断层成像装置包括：脉冲激光器(1)；由反射镜(2-1)、镜筒(2-2)、凹面镜(2-3)和毛玻璃(2-4)构成的光路处理装置(2)；由超声探测器(3-1)、超声放大器(3-2)和A/D转换器(3-3)构成的信号采集装置(3)；数字示波器(4)；计算机(5)；由电机控制器(6-1)、平移台(6-2)和旋转台(6-3)构成的三维平移旋转台(6)；样品池(7)；样品支架(8)；以及成像样品(9)；

其中，脉冲激光器(1)、光路处理装置(2)、信号采集装置(3)、数字示波器(4)、计算机(5)和三维平移旋转台(6)依次连接，超声探测器(3-1)采集到的光声信号经过放大后，传输到A/D转换器(3-3)的输入端，最后传输到数字示波器(4)，数字示波器(4)与脉冲激光器(1)电气相连，用于控制信号的激发和采集；数字示波器(4)将数字信号传输到计算机(5)，计算机(5)用于所述电机控制器(6-1)和数字示波器(4)信号采集的同步控制，并对每个探测位置采集信号频谱分析，存储光声信号的部分频率信息，通过对圆弧上有限角度位置信号采集，构建前向投影算子，基于快速稀疏算法对信号重建，获得成像物体的光声断层成像。

2.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述超声探测器(3-1)通过架杆连接于旋转台(6-3)，旋转台(6-3)和超声探测器(3-1)作为整体通过支架连接于平移台(6-2)，电机控制器(6-1)控制旋转台(6-3)的旋转角度和平移台(6-2)的位移，并控制超声探测器(3-1)的旋转和平移。

3.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述计算机(5)通过USB接口分别连接数字示波器(4)和电机控制器(6-1)，用于控制信号采集和超声探测器(3-1)的位置旋转。

4.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述脉冲激光器(1)选用倍频的Q-Switched Nd:YAG脉冲激光器，波长为532nm-1064nm，脉冲宽度为6.5ns，重复频率10Hz，脉冲激光器(1)发出的脉冲激光入射到成像物体产生声信号。

5.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述光路处理装置(2)中，反光镜(2-1)和镜筒(2-2)分别固定于同一支架上，反光镜(2-1)和脉冲激光之间夹角为45度；凹透镜(2-3)和毛玻璃(2-4)通过半封闭圆环固定在镜筒(2-2)上，通过调节镜筒的高度来控制照射到成像物体光斑的大小，满足脉冲激光照射样品需求的同时保证超声探测器(3-1)实现任意角度无障碍扫描。

6.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述信号采集装置(3)中，超声探测器(3-1)为单阵元超声探测器(3-1)，超声探测器(3-1)通过支架连接到旋转台(6-3)，所述探测器(3-1)在成像物体水平切面内垂直旋转成像样品(9)，在圆弧上有限位置采集成像样品(9)光声信号。

7.根据权利要求6所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述信号采集装置(3)灵敏度为950mv/Pa，频率带宽为200KHz-15MHz，探针的直径为1mm。

8.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述数字示波器(4)选用混合信号示波器，具有350MHz的带宽，最高可达2.5GS/s的取样速率，在所有通道上实现20M样点的记录长度。

9.根据权利要求1所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述三维平移旋转台(6)中，电机控制器(6-1)控制平移台(6-2)和旋转台(6-3)的旋转，能完成对成像物体的竖直扫描和弧形扫描。

10.根据权利要求9所述的基于有限角度扫描的快速光声断层成像装置，其特征在于，所述平移台(6-2)ETSP200最大行程为200mm，重复定位精度3μm；所述旋转台(6-3)ERSP100重复定位精度为0.005度，分辨率为0.00125度。