[发明专利]一种混合多波长非线性光声传感与成像的方法

说明书

本发明涉及一种混合多波长非线性光声传感与成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用信号发生器使单波长的脉冲激光器和多波长连续激光器同步，并将脉冲激光器的输出光束与多波长连续激光器的输出光束耦合到光纤束中作为激光光源的总输出；由信号发生器将一个短激光脉冲信号下达至单波长的脉冲激光器，将长连续激光脉冲信号下达至多波长连续激光器；信号发生器再将一个短激光脉冲信号下达至单波长脉冲激光器。本发明使用常规的单波长脉冲激光器和多个波长的连续激光器，从而大大降低了多波长的光声成像系统的成本及体积，并提高了光声成像系统的图像对比度。

技术领域

本发明涉及一种光声传感与成像方法。

背景技术

光声成像是一种结合了光学成像和超声成像优点、非侵入性的生物医学成像技术。一方面，用于在光声成像中重建图像的信号是超声信号，生理组织对超声信号的散射比光散射低2至3个数量级，这可以在深层组织成像时提供更高的空间分辨率。另一方面，与超声成像相比，光声成像结果不仅光学对比度更高，还能提供多种功能信息。

目前的光声成像系统根据系统配置和应用领域大致分为三类：PACT(光声计算机断层扫描)，PAM(光声显微成像)和PAE(光声内窥成像)。传统的光声成像系统大致如图1所示。由于桥接了光学和超声的优点，光声成像近年来已经吸引了生物医学领域学者的广泛研究，并应用于如辅助解剖、功能成像和分子成像等。为了获得充分的光学光谱对比度并最大化成像精度和特异性，多波长的光声成像系统通常使用高功率波长可调脉冲激光器来作为光源。然而这些激光源造价昂贵且笨重，妨碍了光声成像系统的小型化和便携化制造。

发明内容

本发明的目的是：降低多波长的光声成像系统中所使用的光源的成本及体积，并提高光声成像的图像对比度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种混合多波长非线性光声传感与成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用信号发生器使单波长的脉冲激光器和多波长连续激光器同步，并将脉冲激光器的输出光束与多波长连续激光器的输出光束耦合到光纤束中作为激光光源的总输出，其中，多波长连续激光器由n个连续激光器组成；

步骤2、由信号发生器将一个短激光脉冲信号下达至单波长的脉冲激光器，使其照射样品，产生光声信号一；

步骤3、选择性地接通某个特长波长的连续激光器，让其接收由信号发生器产生的长连续激光脉冲信号，同时照射样品数毫秒后，再由信号发生器将一个短激光脉冲信号下达至单波长脉冲激光器，由于样品经连续激光照射后，引起样品的光吸收，样品内部的加热和升温导致产生增强的光声信号二；

步骤4、计算得到光声信号二与光声信号一相比的非线性增加部分，该非线性增加部分仅与经不同波长的连续激光器加热后样品的光吸收系数直接相关，从而基于非线性增加部分提取样品光吸收特性，依据样品光吸收特性成像。

优选地，在所述步骤2中，光声信号一表示为p₀(λ_i)，则有：

p₀(λ_i)＝Γ₀η_thμ_a(λ_i)F_pulse，i＝1，2，3...

式中，i表示连续波长激光器的序号，λ_i表示第i个连续激光器的波长，p₀(λ_i)表示脉冲激光器在波长λ_i处引起的光声信号，Γ₀表示Gruneisen系数，η_th表示光热转换常数，μ_a(λ_i)表示样品被波长为λ_i的连续激光器加热后对应的光热吸收常数，F_pulse表示脉冲激光的光通量。