[发明专利]基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置及方法

说明书

本发明公开了基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置及方法。本发明采用非聚焦超声换能器线阵和超声阵列的相对位置固定前后并列放置，激光激发待测组织产生光声信号，非聚焦超声换能器线阵采集光声信号，在激光脉冲的间隔，超声阵列进行B超声成像；扫描一维的非聚焦超声换能器线阵，等效一个二维光声探测面阵，相比于聚焦线阵有更宽的接收角度，同时设计加工难度相比二维面阵大大降低，对于动物和临床光声层析成像具有巨大价值；两种模式成像对比度来源不同，信息互补，将光声图像和超声图像进行配准，重建得到双模式三维成像结果，可用于小动物成像或乳腺癌等肿瘤疾病检查及治疗后评估。

技术领域

本发明涉及应用于动物和临床的成像方法，具体涉及一种基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置及其成像方法。

背景技术

光声层析成像(Photoacoustic tomography，PAT，有时也简称光声成像)技术是利用组织吸收脉冲激光后发出超声的效应，通过探测超声波，从而对组织内光学吸收体成像的方法。光声层析成像是一种混合成像模式，它结合了丰富的光学对比度和高分辨率超声，突破了纯粹的高分辨率光学成像组织造成的强烈的光散射的障碍，同时与单纯超声成像不同，组织对光子的吸收能力反映了组织的分子成分及其功能。光声层析成像和超声成像的融合有利于疾病早发现和治疗过程的持续监测。

生物组织比较复杂，对生物组织中光声信号的精准测量是对其特征进行分析、诊断和成像的前提。二维面阵、聚焦的一维线阵是光声层析成像中常用于来接受光声信号的探头。由于二维面阵需要包含很多超声换能器元素以及放大和采集电路，这大大增加了系统的复杂性和成本，因此非常缺乏用于光声成像的大面积的二维面阵。而聚焦的一维线阵只能接收有限角度内的生物组织内的光声信号，对于光声三维图像的重建效果不够准确。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置及其成像方法。

本发明的一个目的在于提出一种基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置。

本发明的基于一维非聚焦和聚焦超声双阵列扫描成像装置包括：脉冲激光器、折光发散元件、水槽、载物板、非聚焦超声换能器线阵、超声阵列、电控平移台、控制器、计算机和数据采集卡；其中，水槽内盛有水；非聚焦超声换能器线阵和超声阵列互相平行前后并列放置，二者的位置相对固定，设置在水槽内；待测组织放置在载物板上，根据待测组织实际情况，载物板设置在水槽的内部或水槽的外部；非聚焦超声换能器线阵和超声阵列连接至电控平移台；非聚焦超声换能器线阵和超声阵列分别连接至数据采集卡；数据采集卡连接至计算机；计算机还连接至控制器；控制器连接至电控平移台；脉冲激光器发出激光，经折光发散元件调整激光的路径，并扩大激光的直径，发散的激光从底部照射在载物板上的待测组织，激光的光斑覆盖待测组织；待测组织产生光声信号，非聚焦超声换能器线阵接收光声信号，由数据采集卡采集，并传输至计算机保存；在激光脉冲的间隔，超声阵列向待测组织发出超声信号，并接收从待测组织返回的超声信号，由数据采集卡采集，并传输至计算机，重建得到此扫描位置处的二维超声图像；计算机通过电控平移台控制非聚焦超声换能器线阵和超声阵列沿着待测组织的表面移动，非聚焦超声换能器线阵和超声阵列分别接收光声信号和超声信号，计算机分别得到此扫描位置处的光声信号和二维超声图像，直至完成扫描整个待测组织的表面，分别得到整合后的三维光声图像和三维超声图像，经过配准融合，重建得到双模式三维成像结果。

根据待测组织的尺寸或者实际应用情景，小尺寸的待测组织，例如小动物成像，适合放置在水槽内，则载物板放置在水槽内，待测组织放置在载物板上；针对待测组织不能放置在水槽内，则载物板放置在水槽的下面，待测组织放置在载物板上，水槽的底部压在待测组织上。

针对载物板和待测组织位于水槽的外部，水槽的底部压在待测组织的情况，水槽的底部具有超声窗口，超声窗口采用与待测组织的声阻抗相匹配的超声透明材料，如低密度聚乙烯。载物板采用透光材料。并且，载物板位于水槽外时，载物板的位置能够沿z轴移动。