CN108535673A - 一种基于磁共振成像的光散射测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁共振成像的光散射测量装置，用于测量样品表面对光散射强度的分布，包括：筒形骨架、射频线圈、梯度线圈、筒形磁体，筒形骨架的周壁的内表面包围形成样品放置腔；射频线圈缠绕于筒形骨架的周壁的外表面；梯度线圈缠绕于射频线圈的外层；筒形磁体环绕在梯度线圈的外层；多条光纤，多条光纤分别在筒形骨架的多个径向角度上穿透筒形骨架的周壁，并且多条光纤的末端在样品放置腔内暴露，以允许来自多条光纤的光束馈入样品放置腔、以及样品放置腔内的散射光从多条光纤馈出。该基于磁共振成像的光散射测量装置的测量效率高，准确性高，并且通过磁共振成像获得连续的光散射强度分布的灰度图，可提供连续的光散射强度的信号值。

Description

一种基于磁共振成像的光散射测量装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种基于磁共振成像的光散射测量装置。

背景技术

光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象，偏离原方向的光称为散射光。与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱，由于介质中存在其他物质的微粒，或者由于介质本身密度的不均匀性，光的散射现象在各领域中均有特殊的用处。光散射分布图对于研究物质特性具有重要意义。

通常采用光散射测量仪获取光散射分布图，现有技术中光散射测量仪包括探测器、光源装置、样品架以及转动装置，将样品放置在样品架上后，光源直接入射到样品的表面，探测器接收经样品表面散射作用后的反射光束信号，从而获得此状态下的光散射强度信号值，利用特定的转动装置调整探测器、光源装置、样品架中的一者、两者或三者，进而获取不同入射角、不同反射角度以及样品不同表面的光散射强度信号值。通过上述方法，通过获得大量离散的光散射信号值生成的光散射分布图，虽然通过大量次数的转动操作，使得生成的光散射图谱近似连续的，但实际上仍为离散的光散射图谱，无法精确获得样品表面任一位置光散射的信号值，使用的局限性差，并且，在测量过程中通过转动操作耗时长，测量效率低，特别是对于性能不稳定的测量对象或测量条件，测量偏差较大，甚至不能实现有效的测量。

对于本领域技术人员，如何降低测量时间、提高测量效率，并获得连续的光散射图谱是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量样品表面对光散射强度的分布的基于磁共振成像的光散射测量装置，该基于磁共振成像的光散射测量装置通过将光纤的末端暴露在筒形骨架的样品放置腔内以传导入射光和散射光，从而形成多个径向角度的入射光束和多个径向角度散射光束；并通过射频线圈、梯度线圈和筒形磁体实现磁共振成像，获取不同光束下样品表面的光散射强度分布图。

本发明提供一种基于磁共振成像的光散射测量装置，用于测量样品表面对光散射强度的分布，所述基于磁共振成像的光散射测量装置包括：

筒形骨架，所述筒形骨架的周壁的内表面包围形成样品放置腔；

射频线圈，所述射频线圈缠绕于所述筒形骨架的周壁的外表面；

梯度线圈，所述梯度线圈缠绕于所述射频线圈的外层；

筒形磁体，所述筒形磁体环绕在所述梯度线圈的外层；

多条光纤，所述多条光纤分别在所述筒形骨架的多个径向角度上穿透所述筒形骨架的周壁，并且所述多条光纤的末端在所述样品放置腔内暴露，以允许来自所述多条光纤的光束馈入所述样品放置腔、以及所述样品放置腔内的散射光从所述多条光纤馈出。

可选地，所述基于磁共振成像的光散射测量装置进一步包括：

光源发生器，所述光源发生器具有与用于馈入光束的所述多条光纤连接的光源馈入端；

波形仪，所述波形仪具有从所述射频线圈和所述梯度线圈接收磁共振信号的信号输入端，以及输出磁共振光散射分布图的图形输出端；

光探测器，所述光探测器具有从用于馈出散射光的所述多条光纤接收所述散射光的光输入端，以及输出与从所述散射光相对应的光散射强度信号值的信号值输出端。

可选地，所述基于磁共振成像的光散射测量装置进一步包括：

处理器，所述处理器具有从所述波形仪的图形输出端接收磁共振光散射分布图的图像输入端、从所述光探测器的信号值输出端接收所述光散射强度信号值的信号值输入端、以及输出连续光散射分布图的图形输出端。

可选地，所述筒形骨架的周壁的外表面具有突出于外表面且周向设置的凸起，所述凸起开设供所述多条光纤穿透所述筒形骨架周壁的多个通孔，用于固定馈出散射光束的所述多条光纤的所述通孔、用于固定馈入入射光束的所述多条光纤的通孔交错布置。

可选地，所述多个通孔沿所述筒形骨架的周向呈多个环形排布。

可选地，位于相邻环形上的两个所述通孔在周向上错位设置。

可选地，所述通孔位于所述筒形骨架外表面的孔口处设置与所述通孔同轴的紧固筒，所述多条光纤的端部均连接光纤跳线，所述紧固筒在径向方向夹紧所述多条光纤端部的所述光纤跳线。

可选地，所述紧固筒的周壁沿其轴向开设豁口以使所述紧固筒在径向具有形变空间，所述紧固筒的周壁配合顶丝夹紧所述光纤跳线。

可选地，用于馈入光束的所述多条光纤的暴露端连接准直头。

可选地，所述筒形骨架的端口边缘具有垂直于所述筒形骨架的周壁的环形盘，且所述环形盘开设引导并固定所述多条光纤的限位孔。

由上述可知，本发明提供一种用于测量样品表面对光散射强度的分布的基于磁共振成像的光散射测量装置，该基于磁共振成像的光散射测量装置通过将光纤的末端暴露在筒形骨架的样品放置腔内以传导入射光和散射光，从而形成多个径向角度的入射光束和多个径向角度散射光束，避免现有技术中通过不断转动调整角度的繁复操作；并通过射频线圈、梯度线圈和筒形磁体实现磁共振成像，获取不同光束下样品表面的连续的光散射强度分布图。

附图说明

图1为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置测量样品表面光散射强度的状态示意图；

图2为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的筒形骨架结构示意图；

图4为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的轴侧视图。

其中，附图标记为：

10 筒形骨架；

11 凸起；

12 第一通孔；

13 第二通孔；

14 紧固筒；

15 顶丝；

16 环形盘；

161 限位孔；

20 射频线圈；

30 梯度线圈；

40 筒形磁体；

50 光纤；

60 样品。

具体实施方式

为了对本发明要求保护的技术方案的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

为了使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示出了其中的一个，或仅标示出了其中的一个。

请参见图1至图4所示，其中，图1为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置测量样品表面光散射强度的状态示意图；图2为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的结构示意图；图3为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的筒形骨架结构示意图；图4为本发明提供的一种具体实施例中基于磁共振成像的光散射测量装置的轴侧视图。

在具体实施例中，本发明提供一种基于磁共振成像的光散射测量装置，该基于磁共振成像的光散射测量装置用于测量样品60表面对光散射强度的分布。具体地，如图1所示，该基于磁共振成像的光散射测量装置包括筒形骨架10、射频线圈20、梯度线圈30、筒形磁体40和多条光纤50。

筒形骨架10的周壁的内表面包围形成样品放置腔，样品放置腔用于放置待测量样品60，待测量的样品60可以通过支架支撑在样品放置腔中，为了提升测量的样品60表面的对光散射强度的分布的准确性，将样品60的中心大致放置在筒形骨架10的中心处，并且，使得样品60中线与筒形骨架10的中轴线重合。

射频线圈20缠绕于筒形骨架10的周壁的外表面，梯度线圈30缠绕于射频线圈20外层，筒形磁体40环绕在梯度线圈30的外层，筒形磁体40与梯度线圈30之间具有空间。这样，三者可形成磁场，从而使得样品60放置在筒形骨架10的样品放置腔后处于磁场中。在磁场的作用下，可以获取样品60表面的磁共振图像，从而获得的在不同光线下连续的光散射强度的分布的灰度图。

多条光纤50分别在筒形骨架10的多个径向角度上穿透筒形骨架10的周壁，并且，多条光纤50的末端在样品放置腔内暴露，以允许来自多条光纤50的光束馈入样品放置腔、以及样品放置腔内的散射光从多条光纤50馈出。也就是说，多条光纤50中一部分用于将来自光源的入射光线通过暴露在样品放置腔的末端馈入样品放置腔中，并照射至待测样品60的表面；多条光纤50中的另一部分用于将样品放置腔内由待测样品60的表面反射出的光束由暴露在样品放置腔的末端馈出。

采用上述结构的基于磁共振成像的光散射测量装置对样品60的表面的光散射强度的分布进行测量时，多条光纤50穿透筒形骨架10的周壁后，可在不转动样品60、光源的情况下，使得多个角度的入射光束分别照射在样品60表面，以获得样品60表面对来自多个不同入射角度的光束散射强度的分布。并且，用于馈出反射光束的多条光纤50同时可获得多个角度的反射光束，由此，在对同一入射角度的光束测量样品60表面对光束的散射强度时，能够同时获得多个反射角度的反射光束，降低了改变接收反射光束装置不停转换角度获取反射不同反射光束的工作量，提高了测量效率。

当用于馈入入射光束的光纤50将入射光束照射到样品60表面时，同时获取此时在射频线圈20、梯度线圈30以及筒形磁体40产生的磁场作用下的磁共振图像，该磁共振图像表示在此入射光束下样品60表面的光散射强度分布情况。如此设置，该基于磁共振成像的光散射测量装置将磁共振成像技术应用于光散射测量，从而突破了现有技术中获得的光散射强度分布图的呈离散的问题，更加准确的获取样品60表面各个位置的光散射强度值。

进一步地，在一种具体实施例中，该基于磁共振成像的光散射测量装置包括光源发生器、波形仪以及光探测器。其中，光源发生器用于提供照射在样品60表面的不同要求的光源，光源发生器具有与用于馈入光束的多条光纤50连接的光源馈入端，也就是说，光源发生器的光源馈入端连接多条用于馈入光束的光纤50，并且，在进行测量样品60表面的光散射强度时，有且仅有一条用于馈入光束的光纤50可以导通光源发生器的光源馈入端，从而将光源由该条光纤50馈入样品放置腔中。而波形仪具有从射频线圈20和梯度线圈30接收磁共振信号的信号输入端，以及输出磁共振光散射分布图的图形输出端，从而当样品60放置在磁场中时，在磁共振作用下获取样品60的当前的光散射强度分布的灰度图，并通过该波形仪输出获取的连续的光散射强度分布的灰度图。光探测器具有从用于馈出散射光的多条光纤50接收散射光的光输入端，以及输出与散射光相对应的光散射强度信号值的信号值输出端，也就是说，光探测器的光输入端连接多条用于馈出散射光的光纤50，并且，多条光纤50均与光输入端连通，当以某特定角度的入射光束与样品60表面相互作用后，产生不同角度的散射光束，这些散射光束通过馈出散射光的多条光纤50传导至光探测器，光探测器通过对来自多条光纤50的散射光束的分析获得样品60表面与光纤50末端对应位置处的光散射信号值，这样，即可同时获得多个散射角度下样品60表面的光散射强度值。

该基于磁共振成像的光散射测量装置将磁共振成像与测量的离散的光散射信号值进行结合，这样，不仅能够获得样品60表面的离散的光散射信号值，还能够获得连续的光射强度的灰度图。并且，通过穿透筒形骨架10的多条光纤50能够获得样品60在整个空间的光散射分布图，无需通过转动装置或手动调整各个仪器来测量不同角度的光散射强度值，提高了测量效率，特别适用于测量对象或测量条件不稳定的情况下。

针对上述实施例，该基于磁共振成像的光散射测量装置进一步包括处理器。

处理器用于对上述的连续的光散射强度的灰度图和离散的光散射强度信号值进行处理。具体地，该处理器具有从波形仪的图形输出端接收磁共振光散射分布图的图像输入端、从光探测器的信号值输出端接收光散射强度信号值的信号值输入端、以及输出连续光散射分布图的图形输出端。即该处理器的图像输入端连接波形仪的图像输出端，其信号值输入端连接光探测器的信号值输出端，进而将获得连续的光散射强度的灰度图和离散的光散射强度信号值进行配准，并且获得连续的光散射分布图。该连续的光散射分布图指的是将离散的光散射强度信号值对应在连续的光散射强度的灰度图上，进而通过灰度值与光散射强度信号值之间的函数关系可以确定样品60表面任意位置的光散射强度。

结合图2和图3所示，对于该基于磁共振成像的光散射测量装置的筒形骨架10进行优化设计，筒形骨架10的周壁的外表面具有突出于外表面且周向排布设置的凸起11，该凸起11在筒形骨架10的周壁的外表面呈环状，在凸起11上开设供多条光纤50穿透筒形骨架10周壁的通孔，其中，用于馈入入射光束的多条光纤50的第一通孔12、用于固定馈出散射光的多条光纤50的第二通孔13交错布置，从而更加精确的获得样品60表面各个位置处对不同入射光束的散射强度、以及不同散射角度下的样品60表面的光散射强度，确保获得的光散射强度分布的有效性及准确性。

多个通孔沿筒形骨架10的周向成多个环形排布，换言之，通孔沿筒形骨架10排列形成一圈，并且，在凸起11上设置多圈通孔。在同一圈上的通孔中，用于固定馈入入射光束的光纤50的第一通孔12与用于固定馈出散射光束的光纤50的第二通孔13交错排布，位于相邻环形上的两个通孔在周向上错位设置，这样，将入射光束的入射位置与散射光束的散射位置均匀交错布置，能够随机有效的捕获光散射强度值，提高通过光散射强度信号值与光散射强度的灰度图获得光散射强度分布图的精确性。

参见图3和4所示，通孔位于筒形骨架10外表面的孔口处设置与通孔同轴的紧固筒14，也就是说，将紧固筒14固定在筒形骨架10外表面，并且与通孔的孔口同轴设置，光纤50的端部均具有连接作用的光纤50跳线，并且光纤50跳线插入紧固筒14以及通孔中，其紧固筒14在径向方向夹紧光纤50端部的光纤50跳线，从而牢靠的固定光纤50。

进一步地，紧固筒14的周壁沿其轴向开设豁口以使紧固筒14在径向具有形变空间，这样，当光纤50跳线插入紧固筒14中时具有调节空间，便捷的进行固定安装。同时，紧固筒14的周壁还配合顶丝15，通过顶丝15限定紧固筒14固定光纤50跳线的位置。

用于馈入光束的多条光纤50的暴露段连接准直头，从而将来自光纤50的非平行光转换成平行光。

筒形骨架10的端口边缘具有垂直于筒形骨架10的周壁的环形盘16，其环形盘16开设引导并固定多条光纤50的限位孔161。多条光纤50穿过环形盘16上的限位孔161，从而将光纤50引导出该基于磁共振成像的光散射测量装置，避免在基于磁共振成像的光散射测量装置内杂乱排布，并且，便于与光探测器、光源发生器的连接以及检修。

基于上述阐述，本发明提供了一种用于测量样品60表面对光散射强度的分布的基于磁共振成像的光散射测量装置，该基于磁共振成像的光散射测量装置通过将光纤50的末端暴露在筒形骨架10的样品放置腔内以传导入射光和散射光，从而形成多个径向角度的入射光束和多个径向角度散射光束，避免现有技术中通过不断转动调整角度的繁复操作；并通过射频线圈20、梯度线圈30和筒形磁体40实现磁共振成像，获取不同光束下样品60表面的连续的光散射强度分布的灰度图。并且，将连续的光散射强度的灰度图和离散的光散射强度信号值进行配准，获得连续的光散射分布图，进而可以在连续的光散射分布图上获得连续的光散射强度信号值，提高了光散射强度分布图的应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于磁共振成像的光散射测量装置，用于测量样品表面对光散射强度的分布，其特征在于，所述基于磁共振成像的光散射测量装置包括：

筒形骨架，所述筒形骨架的周壁的内表面包围形成样品放置腔；

射频线圈，所述射频线圈缠绕于所述筒形骨架的周壁的外表面；

梯度线圈，所述梯度线圈缠绕于所述射频线圈的外层；

筒形磁体，所述筒形磁体环绕在所述梯度线圈的外层；

多条光纤，所述多条光纤分别在所述筒形骨架的多个径向角度上穿透所述筒形骨架的周壁，并且所述多条光纤的末端在所述样品放置腔内暴露，以允许来自所述多条光纤的光束馈入所述样品放置腔、以及所述样品放置腔内的散射光从所述多条光纤馈出。

2.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述基于磁共振成像的光散射测量装置进一步包括：

光源发生器，所述光源发生器具有与用于馈入光束的所述多条光纤连接的光源馈入端；

波形仪，所述波形仪具有从所述射频线圈和所述梯度线圈接收磁共振信号的信号输入端，以及输出磁共振光散射分布图的图形输出端；

光探测器，所述光探测器具有从用于馈出散射光的所述多条光纤接收所述散射光的光输入端，以及输出与从所述散射光相对应的光散射强度信号值的信号值输出端。

3.根据权利要求2所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述基于磁共振成像的光散射测量装置进一步包括：

处理器，所述处理器具有从所述波形仪的图形输出端接收磁共振光散射分布图的图像输入端、从所述光探测器的信号值输出端接收所述光散射强度信号值的信号值输入端、以及输出连续光散射分布图的图形输出端。

4.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述筒形骨架的周壁的外表面具有突出于外表面且周向设置的凸起，所述凸起开设供所述多条光纤穿透所述筒形骨架周壁的多个通孔，用于固定馈出散射光束的所述多条光纤的所述通孔、用于固定馈入入射光束的所述多条光纤的通孔交错布置。

5.根据权利要求4所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述多个通孔沿所述筒形骨架的周向呈多个环形排布。

6.根据权利要求5所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，位于相邻环形上的两个所述通孔在周向上错位设置。

7.根据权利要求4所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述通孔位于所述筒形骨架外表面的孔口处设置与所述通孔同轴的紧固筒，所述多条光纤的端部均连接光纤跳线，所述紧固筒在径向方向夹紧所述多条光纤端部的所述光纤跳线。

8.根据权利要求7所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述紧固筒的周壁沿其轴向开设豁口以使所述紧固筒在径向具有形变空间，所述紧固筒的周壁配合顶丝夹紧所述光纤跳线。

9.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，用于馈入光束的所述多条光纤的暴露端连接准直头。

10.根据权利要求1所述的基于磁共振成像的光散射测量装置，其特征在于，所述筒形骨架的端口边缘具有垂直于所述筒形骨架的周壁的环形盘，且所述环形盘开设引导并固定所述多条光纤的限位孔。