[发明专利]基于锁相光子计数技术的并行激励扩散光学层析成像装置

说明书

一种基于锁相光子计数技术的并行激励扩散光学层析成像装置和方法。其中该装置包括可调制光源单元，用于发出恒功率调幅激光；源‑探布配阵列单元，用于将可调制光源单元发射的调幅激光传导至待测组织表面并将待测组织体表面溢出的光信号传导至探测单元；探测单元，用于接收待测组织表面的反射光，并将光信号等比例转化成电脉冲信号；控制与数据处理单元，用于对接收的电脉冲信号计数解调，光学参数的空间分布图像重建，以及产生光源调制信号和源‑探布配阵列单元测量通道的选通；其中，可调制光源单元和探测单元均采用源探光纤二合一的同轴光纤结构，依靠控制与数据处理单元指令及开关的选择实现源‑探布配阵列单元中源探光纤的分时复用。

技术领域

本发明涉及生物医学设备领域，尤其涉及一种基于锁相光子计数技术的并行激励扩散光学层析成像装置及其成像方法。

背景技术

扩散光层析成像技术利用扩散光在组织体内较高的穿透深度，实现对生物组织内部光学参数空间分布的重建和重要生化参数的无创检测。相比于其他成像方式，扩散光层析成像具有无电离辐射、无创及提供生理学信息等优势，其主要应用集中在脑功能成像、新生儿大脑血氧状态监测和乳腺肿瘤筛查等方面。

根据光源的不同，扩散光层析成像技术可以分为三种测量模式，包括时域模式、频域模式和连续波模式，其中时域模式和频域模式能够区分生物组织内部吸收和散射的影响，具有高灵敏度和信噪比的优点，但其成本高，测量速度慢，连续波模式能够获取的信息较少，灵敏度和信噪比也不及时域模式和频域模式，但其具有高时间分辨率、系统简单、可移植性强的优点。

扩散光学层析成像技术目前仍存在一些问题，首先，由于近红外波段散射限制的存在，生物组织体中的吸收作用远小于散射作用，对于大尺寸的生物组织，检测信号的强度将会随着探测距离的变化而产生数量级的改变，导致扩散光层析成像空间分辨率较差，此外，扩散光学层析成像技术可以从正常的背景里分辨出病变区域，是因为正常组织与病变组织存在血红蛋白浓度的差异，但在两者相差不大的情况下，重建图像质量不高，即灵敏度较低，同时，三维扩散光层析成像重建需要的数据量较大，测量时间随之增长，在进行人体成像时，人的呼吸、运动等都会对成像结果产生干扰，因此在保证测量数据准确性的同时需要尽量短的测量时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出了一种基于锁相光子计数技术的并行激励扩散光学层析成像装置和方法，以至少部分解决现有方法中存在的测量速度慢，成像空间分辨率差，灵敏度低和信噪比低的问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种基于锁相光子计数技术的并行激励扩散光学层析成像装置包括：可调制光源单元，用于发出恒功率调幅激光；源-探布配阵列单元，用于将可调制光源单元发射的所述调幅激光传导至待测组织表面并将待测组织体表面溢出的光信号传导至探测单元；探测单元，用于接收待测组织表面的反射光，并将光信号等比例转化成电脉冲信号；控制与数据处理单元，用于对接收的电脉冲信号计数解调，光学参数的空间分布图像重建，以及产生光源调制信号和源-探布配阵列单元测量通道的选通；其中，所述的可调制光源单元和探测单元均采用源探光纤二合一的同轴光纤结构，依靠控制与数据处理单元指令及开关的选择实现源-探布配阵列单元中源探光纤的分时复用。

在进一步的方案中，所述的可调制光源单元包括激光器，用于发射激光，该激光器为多个，分别能产生具有不同波长的激光，产生不同波长激光的激光器使用合束器通过FC接头与源-探布配阵列单元中源光纤耦合；可调制恒功率光源驱动电路，与所述激光器相连，用于对激光器发射的激光进行调制以恒功率输出。

在进一步的方案中，源-探布配阵列单元包括源光纤，与所述激光器相连，激光经源光纤到达待测组织表面；探测光纤，与所述探测器光开关相连，从组织体表面溢出的光信号由探测光纤送至光电探测器；光纤架，用于将源光纤和探测光纤固定于待测组织体表面，其中所述光纤架为4层，每层均匀分布8个光纤位置，即4层8列，共32个位置。