[发明专利]一种非接触光声成像装置及方法

说明书

本发明提供了一种非接触光声成像装置及方法，属于光声成像技术领域。该光声成像装置包括探测光源、光纤隔离器、2×2光纤耦合器、光纤环形器、3×3光纤耦合器、准直器、透镜、反射镜、二向色镜、激光器、光电探测器、高通滤波器、数据采集卡和电脑。本发明探测原位声压，利用高通滤波器及3×3光纤耦合器解调光声信号，提高系统灵敏度和稳定性；本发明解决了使用水层对实际应用的限制，实现了完全非接触光声成像。

技术领域

本发明属于光声成像技术领域，具体涉及一种非接触光声成像装置及方法。

背景技术

光声成像(Photoacoustic imaging，PAI)是一种非侵入性成像模式，可用于生物组织的结构、功能成像。PAI结合光学高对比度和声学高分辨率，近年来成为生物医学成像的主要研究领域。PAI的原理是光声效应，使用脉冲激光照射生物组织，组织吸收光能并产生热弹性膨胀，由此产生超声波，检测超声波可得到组织的吸收分布图像。

目前光声检测技术可以分为接触式光声成像和非接触式光声成像。接触式光声成像使用压电换能器探测超声声压，当探头与样品接触时两者之间存在空气层，超声波在不同介质中声阻抗不同，在声阻抗具有差异的两种介质界面会产生强烈的反射，因此，从原理上决定了必须在换能器和样品之间使用声耦合介质，减小损耗，提高灵敏度。但是使用耦合剂极大限制了光声成像的实际应用，许多医学检测需要在没有物理接触的情况下进行，如烧伤诊断、脑外科检测等，需要非接触的检测方式以减少感染。

作为压电换能器的替代方案，多种基于光学干涉的非接触探测方式被相继提出，这些方法非接触地探测超声导致的样品表面的位移和振动，代替使用超声换能器检测超声声压。与基于超声换能器的探测方法相比，光学干涉法具有如下优点：非接触、器件小型化、光学透明、大带宽及高灵敏度。但是目前的基于光学干涉的光声成像方法存在缺陷：首先由于组织样品表面粗糙，导致反射的探测光的强度较弱及相位出现随机变化，使系统灵敏度降低，为了解决此问题，通常在样品表面涂抹水层，水层产生一个均匀的反射面，但是这种方法需要在样品表面添加水层，没有做到完全非接触，应用上极不方便；其次需等待光声信号从光声激发原点传播到样品表面再检测，该过程光声信号损失较大。如专利“基于光学干涉法的非接触光声探测方法及装置”(专利号为201510881786.7)，存在同样问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出一种基于3×3光纤耦合器解调的非接触光声成像系统及方法，本发明使用光学干涉方法直接检测样品内光声信号激发点的反射光强变化，激发光和样品光的焦点重合(位于样品内部)，焦点处的吸收体吸收激光能量，产生声压变化，导致该位置的光学折射率变化，进而导致反射系数变大，引起背向散射的样品光光强增大；用基于3×3光纤耦合器解调的干涉方法测量这种光强变化，同时探测由3×3光纤耦合器输出的三路干涉信号，经过解调，得到光声信号激发点的反射光强变化，结合使用高通滤波器，消除外界的随机干扰。

本发明的技术方案为：

一种非接触光声成像装置，包括探测光源1、光纤隔离器2、2×2光纤耦合器3、光纤环形器A4、光纤环形器B8、3×3光纤耦合器12、准直器A13、透镜A14、反射镜A15、准直器B16、二向色镜17、反射镜B18、反射镜C19、透镜B20、激光器22、反射镜D23、光电探测器A24、光电探测器B25、光电探测器C26、高通滤波器A27、高通滤波器B28、高通滤波器C29、数据采集卡30和电脑31。

所述探测光源1、光纤隔离器2、2×2光纤耦合器3通过光纤依次连接；所述2×2光纤耦合器3的输出端分别通过光纤环形器A1端口5连接光纤环形器A4、通过光纤环形器B1端口9连接光纤环形器B8；

所述光纤环形器A4通过光纤环形器A2端口6连接准直器A13、通过光纤环形器A3端口7与3×3光纤耦合器12的输入端连接；准直器A13、透镜A14和反射镜A15依次同轴设置；