本發(fā)明涉及光學(xué)成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置和方法。

背景技術(shù)：
光聲成像技術(shù)基本原理為當(dāng)脈沖激光照射到生物組織中時(shí)，由于組織的光吸收及熱膨脹將產(chǎn)生超聲信號(hào)，這種光致超聲信號(hào)攜帶了組織的光吸收特征信息，通過測(cè)量這些超聲信號(hào)能重建出組織中的光吸收分布圖像。因此，光聲成像具有光學(xué)的高對(duì)比度和聲學(xué)深穿透性的雙重優(yōu)勢(shì)，在生命科學(xué)研究及臨床醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。激光掃描光學(xué)分辨率光聲顯微成像系統(tǒng)是基于振鏡掃描控制激光束在水平方向高速移動(dòng)，通過光學(xué)透鏡聚焦光斑照射組織從而誘發(fā)超聲信號(hào)，這種光聲成像技術(shù)具有高分辨率、成像速度快等特點(diǎn)。目前光聲顯微成像技術(shù)在臨床應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)主要是激光照射能量安全問題，而在安全閾值下的低能量激光照射組織所誘發(fā)的超聲信號(hào)非常微弱，因而需要超高靈敏度及高信噪比的超聲傳感器，但是，目前市場(chǎng)上還沒有滿足技術(shù)要求的產(chǎn)品。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，外文文獻(xiàn)：“Laser-scanningphotoacousticmicroscopywithultrasonicphasedarraytransducer,BiomedOptExpress.2012；3(11):2694-9.”提出了一種多通道探頭陣列采集超聲信號(hào)，再通過波束賦形算法融合多通道信息，能夠有效提高成像信噪比，降低系統(tǒng)對(duì)激光能量和探頭性能的要求，但是高速多通道數(shù)據(jù)采集模塊成本高昂，其工作穩(wěn)定性也會(huì)隨通道數(shù)量增加而下降。中國專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01210043841.1；公開號(hào)：CN102621067)公開了一種基于二維激光振鏡掃描的實(shí)時(shí)光聲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用激光掃描方法，以單元探頭或探頭陣列形式采集光聲信號(hào)，但是并沒有涉及到通過探頭陣列優(yōu)化成像信噪比，以實(shí)現(xiàn)降低激光能量，達(dá)到臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置和方法，能夠在不降低系統(tǒng)掃描速度的條件下提高成像信噪比，降低激光能量和探頭性能的要求。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置，包括光學(xué)掃描部分和信號(hào)采集部分，其中，所述光學(xué)掃描部分包括掃描控制電腦、振鏡控制板卡、激光發(fā)生模塊和振鏡模塊，所述掃描控制電腦通過振鏡控制板卡分別連接激光發(fā)生模塊和振鏡模塊；所述信號(hào)采集部分包括依次連接的超聲探頭組、信號(hào)選擇模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與激光發(fā)生模塊連接；掃描控制電腦通過振鏡控制板卡控制激光發(fā)生模塊發(fā)出激光，并控制振鏡模塊的偏轉(zhuǎn)角度，所述激光通過振鏡模塊聚焦在樣品上發(fā)出超聲信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集模塊；超聲探頭組獲取超聲信號(hào)，通過信號(hào)選擇模塊實(shí)現(xiàn)單通道多探頭信號(hào)復(fù)用后傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊。所述激光發(fā)生模塊包括激光光源、分光鏡、光纖組件和擴(kuò)束準(zhǔn)直組件，所述激光光源與振鏡控制板卡連接，所述激光光源、分光鏡、光纖組件、擴(kuò)束準(zhǔn)直組件依次連接；激光光源發(fā)出的激光通過分光鏡后，一路依次通過光纖組件、擴(kuò)束準(zhǔn)直組件射在振鏡模塊上，另一路射在數(shù)據(jù)采集模塊上，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集模塊。所述光纖組件包括光纖耦合器、準(zhǔn)直器和光纖跳線。所述擴(kuò)束準(zhǔn)直組件包括對(duì)激光進(jìn)行擴(kuò)束的兩個(gè)凸透鏡。所述擴(kuò)束準(zhǔn)直組件還包括使通光直徑與振鏡模塊相匹配的光闌。所述振鏡模塊包括掃描振鏡和聚集透鏡，所述掃描振鏡與振鏡控制板卡連接；掃描控制電腦通過振鏡控制板卡輸出模擬電流控制掃描振鏡偏轉(zhuǎn)，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直組件后的激光通過掃描振鏡反射和聚焦透鏡，聚焦在樣品上。所述超聲探頭組包括至少2個(gè)高靈敏度針式超聲探頭，分布設(shè)置在樣品處。所述信號(hào)選擇模塊包括高速開關(guān)和放大器，所述高速開關(guān)分別連接超聲探頭組和放大器，所述高速開關(guān)的開關(guān)通道數(shù)與超聲探頭個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)采集模塊通道數(shù)相匹配，通過高速開關(guān)選通各個(gè)超聲探頭實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)分復(fù)用。所述數(shù)據(jù)采集模塊連接有包括依次連接的光電檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集電腦，所述數(shù)據(jù)采集卡與放大器連接，所述光電檢測(cè)器接收激光后觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡。一種光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置的復(fù)用方法，包括以下步驟：1)觸發(fā)激光光源發(fā)出激光，該激光一路依次通過光纖組件、擴(kuò)束準(zhǔn)直組件、掃描振鏡、聚集透鏡聚焦在樣品上，使樣品發(fā)出超聲信號(hào)，另一路照射在光電檢測(cè)器上，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡開始采集；2)樣品發(fā)出的超聲信號(hào)傳導(dǎo)至超聲探頭組；3)高速開關(guān)按各超聲探頭的遠(yuǎn)近選通各超聲探頭的信號(hào)通道，在激光掃描時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)分復(fù)用；4)通過高速開關(guān)的信號(hào)經(jīng)放大器后傳入數(shù)據(jù)采集卡，并存入數(shù)據(jù)采集電腦。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明通過設(shè)計(jì)多個(gè)單元探頭在接收超聲信號(hào)時(shí)的位置分布，利用這些探頭與樣品的距離差，在激光掃描時(shí)間間隔內(nèi)實(shí)現(xiàn)單通道上多路超聲信號(hào)復(fù)用，由于復(fù)用的整體時(shí)間在掃描的時(shí)間間隔之內(nèi)，能夠在不降低系統(tǒng)掃描速度的條件下提高成像信噪比，降低激光能量和探頭性能的要求，同時(shí)節(jié)約了系統(tǒng)成本，對(duì)于光聲顯微成像技術(shù)的臨床應(yīng)用有重要作用。(2)普通的時(shí)分復(fù)用方法進(jìn)行多通道采集所需時(shí)間會(huì)成倍增加，而本發(fā)明由于激光掃描間隔的存在，其時(shí)間間隔理論上可容納多個(gè)超聲探頭的復(fù)用而不影響整體性能，能夠顯著提高成像信噪比，使得降低激光能量實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用成為可能。附圖說明圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明多通道信號(hào)復(fù)用方法的原理示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例提供一種光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置，包括光學(xué)掃描部分和信號(hào)采集部分，其中，光學(xué)掃描部分包括掃描控制電腦14、振鏡控制板卡13、激光發(fā)生模塊和振鏡模塊，掃描控制電腦14通過振鏡控制板卡13分別連接激光發(fā)生模塊和振鏡模塊；信號(hào)采集部分包括依次連接的超聲探頭組7、信號(hào)選擇模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與激光發(fā)生模塊連接。激光發(fā)生模塊包括激光光源1、分光鏡2、光纖組件3和擴(kuò)束準(zhǔn)直組件4，激光光源1與振鏡控制板卡13連接，激光光源1、分光鏡2、光纖組件3、擴(kuò)束準(zhǔn)直組件4依次連接。本實(shí)施例中，激光光源1為Nd:YAG脈沖激光器，波長(zhǎng)532nm，脈寬2ns，最大能量10μJ，重復(fù)頻率30kHz或同等條件下的可調(diào)諧激光器。光纖組件3包括光纖耦合器、準(zhǔn)直器和光纖跳線，耦合器、準(zhǔn)直器的參數(shù)均為有效焦距11mm，輸入模場(chǎng)直徑3.5μm，輸出束腰直徑2.06mm。擴(kuò)束準(zhǔn)直組件4包括兩個(gè)凸透鏡，焦距分別為30mm和60mm，，將激光擴(kuò)束2倍。為了優(yōu)化光束質(zhì)量，擴(kuò)束準(zhǔn)直組件4還包括使通光直徑與振鏡模塊中的振鏡鏡片相匹配的光闌。振鏡模塊包括掃描振鏡5和聚集透鏡6，掃描振鏡5與振鏡控制板卡13連接。超聲探頭組7包括至少2個(gè)完全相同的高靈敏度針式超聲探頭，分布設(shè)置在樣品處。各超聲探頭的中心頻率20～40MHz，直徑小于2mm，可依據(jù)激光掃描時(shí)間間隔和高速開關(guān)性能決定放置探頭個(gè)數(shù)，能夠最大程度提高單個(gè)探頭的靈敏度并保證有限區(qū)域內(nèi)容納探頭個(gè)數(shù)。信號(hào)選擇模塊包括高速開關(guān)9和放大器10，高速開關(guān)9分別連接超聲探頭組7和放大器10，高速開關(guān)9的開關(guān)通道數(shù)與超聲探頭個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)采集模塊通道數(shù)相匹配，通過高速開關(guān)9選通各個(gè)超聲探頭實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)分復(fù)用。數(shù)據(jù)采集模塊連接有包括依次連接的光電檢測(cè)器15、數(shù)據(jù)采集卡11和數(shù)據(jù)采集電腦12，數(shù)據(jù)采集卡11與放大器10連接，光電檢測(cè)器15接收激光后觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡11。上述光聲成像信號(hào)復(fù)用裝置的復(fù)用方法如下所示：1)掃描控制電腦14通過振鏡控制板卡13輸出模擬電流控制掃描振鏡5偏轉(zhuǎn)并觸發(fā)激光光源1發(fā)出激光脈沖；2)激光光源1發(fā)出的激光通過分光器2后，一路依次通過光纖組件3、擴(kuò)束準(zhǔn)直組件4、掃描振鏡5、聚集透鏡6聚焦在樣品上，使樣品發(fā)出超聲信號(hào)，樣品設(shè)置在水槽8中，另一路照射在光電檢測(cè)器15上，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡11開始采集；3)樣品發(fā)出的超聲信號(hào)經(jīng)水槽8中的水傳導(dǎo)至超聲探頭組7；4)高速開關(guān)9按各超聲探頭的遠(yuǎn)近選通各超聲探頭的信號(hào)通道，實(shí)現(xiàn)多通道時(shí)分復(fù)用；5)通過高速開關(guān)的信號(hào)經(jīng)放大器后傳入數(shù)據(jù)采集卡，并存入數(shù)據(jù)采集電腦。如圖2所示，以2個(gè)超聲探頭為例，兩者距離激光聚焦點(diǎn)的距離差1.5mm，根據(jù)超聲在水中的傳播速度，左右兩個(gè)探頭采集到的信號(hào)為圖中所示，距離遠(yuǎn)的探頭采集的樣品信號(hào)慢1μs，通過高速開關(guān)在特定的時(shí)間選通不同的探頭信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)多通道信息的復(fù)用。普通的時(shí)分復(fù)用方法進(jìn)行多通道采集所需時(shí)間會(huì)成倍增加，而本發(fā)明由于激光掃描間隔的存在，一個(gè)30kHz掃描頻率和1μs單通道采集時(shí)間的系統(tǒng)，其時(shí)間間隔理論上可容納多個(gè)超聲探頭的復(fù)用而不影響整體性能，已經(jīng)能夠顯著提高成像信噪比，使得降低激光能量實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用成為可能。實(shí)際操作中對(duì)探頭距離差不要求精確，僅需在調(diào)試過程中保證1μs采集時(shí)間內(nèi)能找到信號(hào)即可。