CN110455719A - 三维光声成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维光声成像系统及方法，通过激光设备发射的脉冲激光照射位于样品设备上的待测样品的待成像区域时，能够基于光声效应使得待成像区域产生光声信号，通过超声设备采集样品产生的待成像区域产生的光声信号，控制设备可以基于所述超声设备采集的光声信号进行三维光声成像，所述超声设备还可以向所述待成像区域发射检测超声波信号，采集所述待成像区域反射的检测超声波信号，所述控制设备还可以基于所述超声设备采集的检测超声波信号进行三维超声成像，解决了传统二维光声成像技术在介入式治疗应用过程中无法可视生物组织和手术器械三维结构的问题，且操作简单，便于使用。

Description

三维光声成像系统及方法

技术领域

本发明涉及光声成像技术领域，更具体的说，涉及一种三维光声成像系统及方法。

背景技术

在临床上，许多外科手术仅仅为了到达治疗的目标位置，就会对患者造成严重的创伤或者并发症。而实际上，很多外科手术造成的创伤是不必要的且可以避免的。外科医生可以借助图像导航看到手术器械和病变部位在人体组织中的位置，从而实现微创手术和无创诊断，减少患者的伤痛。超声成像是一种在临床中广泛应用的成像模态。超声图像记录的是不同组织成分的超声反射特性，因此它的敏感性和特异性有限，这种成像方式提供的结构对比度也有限，比如对生物组织中的淋巴结等组织缺乏可靠的识别能力。

光声成像具有非侵入、非电离的特点，是一种近十几年来发展迅速的无创成像方法。光声图像记录的是组织的光吸收特征信息，因而具有丰富的光学吸收对比度和高的超声空间分辨率。利用光声成像指导临床介入治疗过程已经得到越来越多的应用，比如引导金属细针进行微创手术、观察体内医疗器械、引导干细胞注射等。

目前这些研究集中在二维光声成像，但是二维平面成像范围有限，所提供的空间信息也是有限的，且在成像过程中，要求被成像目标始终位于传感器的成像平面内，需要不断调整传感器的位置，这使得操作过程更加复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明技术方案提供了一种三维光声成像系统及方法，解决了传统二维光声成像技术在介入式治疗应用过程中无法可视生物组织和手术器械三维结构的问题，且操作简单，便于使用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维光声成像系统，所述三维光声成像系统包括：

样品设备，所述样品设备用于放置待测样品；

激光设备，所述激光设备用于发射脉冲激光，所述脉冲激光照射所述样品的待成像区域，所述待成像区域受脉冲激光激发后，通过光声效应产生光声信号，所述光声信号为超声波；

超声设备，所述超声设备用于采集所述待成像区域产生的光声信号，还用于向所述待成像区域发射检测超声波信号，采集所述待成像区域反射的检测超声波信号；

控制设备，所述控制设备用于基于所述超声设备采集的光声信号进行三维光声成像，还用于基于所述超声设备采集的检测超声波信号进行三维超声成像；

其中，所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行。

优选的，在上述三维光声成像系统中，还包括：

信号调制设备，所述信号调制设备产生调制信号，所述调制信号用于使得所述激光设备发射脉冲激光信号与所述超声设备采集所述光声信号同步进行，使得所述超声设备产生所述检测超声波信号并采集反射的所述检测超声波信号，使得所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述信号调制设备包括：

函数发生器，所述函数发生器用于产生所述调制信号。

优选的，在上述三维光声成像系统中，还包括：

运动扫描设备，所述运动扫描设备用于带动超声探头和光纤束基于设定方式移动；

其中，所述超声设备通过所述超声探头发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述激光设备通过所述光纤束发射所述脉冲激光。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述样品扫描设备包括：

升降平台，所述升降平台用于放置所述样品；

容器，所述容器用于盛放液态超声波传输介质，所述容器的底部具有窗口，所述窗口覆盖有透明薄膜；

固定支撑件，所述固定支撑件用于放置所述容器；

其中，所述升降平台可以调节垂直高度；盛放有液态超声波传输介质的容器置于所述样品的上方，且所述窗口正对所述样品；所述样品与所述窗口之间具有软体超声波介质，所述软体超声波介质于所述透明薄膜以及所述样品均贴合，以适用于不同形状的待成像区域表面。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述激光设备包括：

激光器，所述激光器产生的脉冲激光耦合到光纤束，通过所述光纤束将脉冲激光传输到所述待成像区域。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述超声设备包括：

超声探头，所述超声探头用于发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述超声探头能够基于采集的超声波产生模拟信号；

超声处理电路，所述超声处理电路用于将所述超声探头产生的模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行预处理和缓存。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述超声探头采集所述光声信号，产生第一模拟信号，采集反射的所述检测超声信号，产生第二模拟信号；

所述超声处理电路对所述第一模拟信号进行模数转换以及预处理，生成光声数据，对所述第二模拟信号模数转换以及预处理，生成超声数据，所述光声数据与所述超声数据独立存储。

优选的，在上述三维光声成像系统中，所述控制设备包括：

计算机，所述计算机用于将基于所述光声信号生成的光声数据重建为三维光声图像，以进行三维光声成像，还用于将基于所述检测超声波信号生成的超声波数据重建为三维超声图像，以进行三维超声成像，还用于将所述光声数据以及所述超声数据重建为三维光声超声叠加图像。

本发明还提供了一种三维光声成像方法，所述三维光声成像方法包括：

采用上述任一项所述的三维光声成像系统对待测样品进行三维光声成像和三维超声成像。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的三维光声成像系统及方法中，通过激光设备发射的脉冲激光照射位于样品设备上的待测样品的待成像区域时，能够基于光声效应使得待成像区域产生光声信号，通过超声设备采集样品产生的待成像区域产生的光声信号，控制设备可以基于所述超声设备采集的光声信号进行三维光声成像，所述超声设备还可以向所述待成像区域发射检测超声波信号，采集所述待成像区域反射的检测超声波信号，所述控制设备还可以基于所述超声设备采集的检测超声波信号进行三维超声成像，解决了传统二维光声成像技术在介入式治疗应用过程中无法可视生物组织和手术器械三维结构的问题，且操作简单，便于使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维光声成像系统；

图2为本发明实施例提供的另一种三维光声成像系统；

图3为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统；

图4为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统；

图5为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种在仿体中模拟组织活检的实验过程图；

图7为本发明实施例提供的一种二维成像与三维成像引导淋巴结活检对比图；

图8为本发明实施例提供的一种三维淋巴结活检过程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例提供了一种三维光声成像系统，所述三维光声成像系统如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种三维光声成像系统，所述三维光声成像系统包括：样品设备30，所述样品设备30用于放置待测样品；激光设备10，所述激光设备10用于发射脉冲激光，所述脉冲激光照射所述样品的待成像区域，所述待成像区域受脉冲激光激发后，通过光声效应产生光声信号，所述光声信号为超声波；超声设备40，所述超声设备40用于采集所述待成像区域产生的光声信号，还用于向所述待成像区域发射检测超声波信号，采集所述待成像区域反射的检测超声波信号；控制设备60，所述控制设备60用于基于所述超声设备40采集的光声信号进行三维光声成像，还用于基于所述超声设备40采集的检测超声波信号进行三维超声成像；其中，所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行，二者在时序上互不重叠干扰。

所述三维光声成像系统还可以如图2所示，图2为本发明实施例提供的另一种三维光声成像系统，图2所示方式在图1所示基础上还包括：信号调制设备20，所述信号调制设备20产生调制信号，所述调制信号用于使得所述激光设备10发射脉冲激光信号与所述超声设备40采集所述光声信号同步进行，使得所述超声设备40产生所述检测超声波信号并采集反射的所述检测超声波信号，使得所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行。

可选的，所述信号调制设备包括：函数发生器，所述函数发生器用于产生所述调制信号。

所述三维光声成像系统还可以如图3所示，图3为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统，图3所示方式在图1所示基础上还包括：运动扫描设备50，所述运动扫描设备50用于带动超声探头和光纤束基于设定方式移动；其中，所述超声设备40通过所述超声探头发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述激光设备10通过所述光纤束发射所述脉冲激光。

所述样品设备30使得样品可以稳定放置，以便于超声探头能够完成稳定扫描以及数据采集。可选的，所述样品设备30包括：升降平台，所述升降平台用于放置所述样品；容器，所述容器用于盛放液态超声波传输介质，所述容器的底部具有窗口，所述窗口覆盖有透明薄膜；固定支撑件，所述固定支撑件用于放置所述容器；其中，所述升降平台可以调节垂直高度；盛放有液态超声波传输介质的容器置于所述样品的上方，且所述窗口正对所述样品；所述样品与所述窗口之间具有软体超声波介质，所述软体超声波介质于所述透明薄膜以及所述样品均贴合，以适用于不同形状的待成像区域表面。

所述运动扫描设备50包括可移动支撑件，用于安装超声探头以及光纤束末端。光纤束的首端与激光器耦合，末端用于将激光器产生的脉冲激光传输到样品的待成像区域。可移动支撑件在两个线性位移台以及电机控制器控制下移动，可以带动超声探头和光纤束在水平方向上移动，使得超声探头可以在待成像区域不同位置进行数据采集，使得脉冲激光对待成像区域不同位置进行脉冲激光照射。电机控制器和控制设备60连接，接收来自控制设备60的控制指令，以使得线性位移台按照设定参数做扫描运动。

所述三维光声成像系统还可以如图4所示，图4为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统，图4所示方式在图1所示基础上还包括：上述运动扫描设备50以及信号调制设备20。激光设备10的信号输入端与信号调制设备20的信号输出端以及控制设备的信号输出端连接。

所述激光设备10是光声成像的激发光源。可选的，所述激光设备10包括：激光器，所述激光器产生的脉冲激光耦合到光纤束，通过所述光纤束将脉冲激光传输到所述待成像区域。

可选的，所述超声设备40包括：超声探头，所述超声探头用于发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述超声探头能够基于采集的超声波产生模拟信号；超声处理电路，所述超声处理电路用于将所述超声探头产生的模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行预处理和缓存。所述超声设备40可以用于双模态成像，也就是说，即可以用于光声成像，又可以用于超声成像，双模态成像时，超声处理电路将光声数据和超声数据分离开，并且独立存储。

可选的，所述超声探头采集所述光声信号，产生第一模拟信号，采集反射的所述检测超声信号，产生第二模拟信号；所述超声处理电路对所述第一模拟信号进行模数转换以及预处理，生成光声数据，对所述第二模拟信号模数转换以及预处理，生成超声数据，所述光声数据与所述超声数据独立存储。

激光设备10发射脉冲激光与超声设备40产生检测超声波信号分时进行，如可以先通过激光设备10发射脉冲激光，同步通过超声设备40采集光声信号，然后再通过超声设备40发射检测超声波信号，同步采集反射的检测超声波信号。从而实现光声信号与检测超声信号的分时采集，从而可以使得所述超声处理电路分时产生第一模拟信号和第二模拟信号，还可以分时对二者进行模数转换，分时对光声数据和超声数据进行预处理，以及预处理后的独立存储。

所述超声处理电路包括：模数转化器，用于将所述超声探头产生的模拟信号转换为数字信号；预处理电路，用于对所述数字信号进行预处理；以及缓冲电路，用于对预处理后的所述数字信号进行缓存。预处理包括信号放大处理以及滤波处理，故预处理电路包括用于进行信号放大的放大电路以及用于进行信号滤波的滤波电路。

所述控制设备60包括：计算机，所述计算机用于将基于所述光声信号生成的光声数据重建为三维光声图像，以进行三维光声成像，还用于将基于所述检测超声波信号生成的超声波数据重建为三维超声图像，以进行三维超声成像，还用于将所述光声数据以及所述超声数据重建为三维光声超声叠加图像。

所述控制设备60能够向超声设备40发送控制指令和采样控制指令，向运动扫描设备50发送控制指令使得运动扫描设备50按照预设的参数进行运动。同时所述控制设备60接收超声设备40的光声数据和超声数据，将它们重建为三维光声图像、三维超声图像和三维光声超声叠加图像。所述控制设备60实现方式可以为计算机，所述计算机安装有控制和重建软件，如MATLAB和LABVIEW。

本发明实施例提供了一种用于活检针头引导的三维光声成像系统，所述三维光声成像系统可以产生三维光声图像、三维超声图像以及三维光声超声叠加图像中的一个或是多个。

本发明实施例所述三维光声成像系统中，利用脉冲激光照射样品产生光声信号，超声设备40发射检测超声波信号，再通过超声设备40分别采集光声信号和反射的检测超声波信号，进而通过线性位移平台带动超声探头做机械扫描，获得一组在空间上间隔均匀且连续的二维数据，最后将整个扫描周期内获得的二维数据重建为三维图像。

图4所示三维光声成像系统的具体实现方式可以如图5所示，图5为本发明实施例提供的又一种三维光声成像系统的结构示意图，如图4和图5所示，所述三维光声成像系统包括：激光设备10、信号调制设备20、样品设备30、超声设备40、运动扫描设备50和控制设备60。

激光设备10包括激光器11和光纤束12。激光器11发出脉冲激光，脉冲激光耦合到光纤束12，最后脉冲激光通过光纤束12传输到样品设备30的待成像表面。

所述激光器11可以为OPO(Optical Parametric Oscillator)系统，该OPO系统具有690-950nm和1200-2400nm两个可调谐波段，该OPO系统控制指令来自控制设备60，该OPO系统激光触发信号来自信号调制设备20。

所述光纤束12末端固定在运动扫描设备50上，与超声探头42成固定角度，使得超声探头42的成像平面内激光能量密度始终相同。

所述信号调制设备20向激光设备10和超声设备40发送同步调制信号，控制脉冲激光发射和信号采集。

在具体实施时，所述信号调制设备20可以是函数发生器21。函数发生器21产生方波信号，首先，方波信号的上升沿触发激光器11发射脉冲激光和超声处理电路41接收光声信号；然后，方波信号的下降沿触发超声处理电路41发射检测超声波信号和接收反射的检测超声波信号。

所述超声设备40是超声成像的工作单元和光声成像的信号采集单元。

在具体实施时，所述超声设备40包括：超声处理电路41和超声探头42。超声探头42接收超声波信号并将其转化为电信号(模拟信号)，超声处理电路41将采集的电信号处理为数字信号，并做进一步预处理和缓存。

超声处理电路41可以是Vantage256超声处理电路，超声探头42可以是L7-4线阵超声探头。对于超声成像，超声探头42向待成像区域发射检测超声波信号并接收反射回来的检测超声波信号，然后超声处理电路41对采集的数据进行处理；对于光声成像，激光器11发出脉冲激光后，超声探头42接收由光声效应产生的超声波(光声信号)，然后超声处理电路41对采集的数据进行处理；进行双模态成像时，超声处理电路41将光声数据和超声数据分离开，并独立存储。

所述超声探头42固定在运动扫描设备50上，使得运动扫描设备50带动超声探头42在垂直于其成像平面的方向上做机械扫描运动，获得一组间距均匀的二维数据。超声探头42的扫描距离和扫描速度是预先设定的，具体的，例如设定扫描距离为10毫米，扫描速度为1毫米/秒。

所述运动扫描设备50带动超声探头42和光纤束12末端在平面内移动，使得超声探头42在不同位置进行数据采集。

在具体实施时，所述运动扫描设备50，包括：线性位移台51、线性位移台52和51、可移动支撑件53和电机控制器54。

所述线性位移台51和线性位移台52正交叠加安装，它们与电机控制器54连接，电机控制器54具有控制面板，可以手动控制线性位移台51和线性位移台52运动，调整超声探头42的位置。线性位移台52位于线性位移台51的上方。

所述电机控制器54信号输入端与控制设备60信号输出端连接，接收来自控制设备设备60发出的控制指令，使得线性位移台52和51按照预定参数做扫描运动。

所述可移动支撑件53设置在线性位移台52上，可移动支撑件53用于安装超声探头42和光纤束12末端，使得线性位移台51和52可以带动超声探头42和光纤束12在水平方向移动。

所述控制设备60包括向各设备发出控制指令的终端和图像重建单元。

在具体实施时，所述控制设备60可以是包括计算机61。计算机61内装有控制和重建软件，如MATLAB、LABVIEW。

所述计算机61内装有激光器11控制软件，使得激光器11按照预设波长、能量等参数运行。

所述计算机61内装有超声处理电路41控制软件，使得超声处理电路41按照预设参数运行和保存数据。

所述计算机61内装有电机控制器54控制软件，使得线性位移台52按照预定参数做扫描运动。

所述计算机61内装有图像重建软件，使得从超声处理电路41保存的二维数据被重建为三维光声图像、三维超声图像和三维光声和超声叠加图像。

所述样品设备30用于放置被成像物体(待测样品)，提供一个稳定可靠的成像环境。

在具体实施时，所述样品设备30，包括：升降平台31、待测样品32、软体超声波介质33、透明薄膜34、液态超声波传输介质35、容器36和固定支撑件37。液态超声波传输介质35可以为水。容器36可以为水槽。

所述升降平台31可以是手动升降平台，用于调节垂直高度。所述待测样品32放置在升降平台31上。

所述软体超声波介质33放在待测样品32待成像表面，软体超声波介质33用于贴合适应不同形状的成像区域表面。

所述容器36内装有液态超声波传输介质35，容器36底部开有窗口，窗口用透明薄膜34覆盖，激光和超声波都可以穿过透明薄膜34并且损失率很低。透明薄膜34与容器36底部连接处设置有防漏结构，比如橡胶垫圈、金属压片等，使得容器36里的液态超声波传输介质35不会泄漏。

所述固定支撑件37用于在空间中固定容器36。

所述超声探头42的前端置于液态超声波传输介质35里面，且不与容器36底部和薄膜34接触，避免在做扫描运动时受到机械扰动影响成像结果。

本发明实施例工作过程是：

步骤1：函数发生器21产生的方波信号上升沿触发光声成像；激光器11发射脉冲激光，脉冲激光经由光纤束12传输到待成像区域，待测样品32受激发产生超声波(光声信号)；同时超声处理电路41通过超声探头42采集光声信号；

步骤2：函数发生器21产生的方波信号下降沿触发超声成像；超声处理电路41停止采集光声信号，然后通过超声探头42发射检测超声波信号并采集反射回来的检测超声波信号；

步骤3：线性位移台52带动超声探头42移动到下一个位置，重复步骤1和2；

步骤4：完成预设的扫描距离后，计算机61将超声处理电路41采集的一组二维数据按照实际空间位置重建为三维图像；

步骤5：重复步骤1、2、3和4，获得下一个在时间上连续的三维图像。

如图6所示，图6为本发明实施例提供的一种在仿体中模拟组织活检的实验过程图，所示为利用本发明实施例提供的一种三维光声成像装置在仿体中模拟组织活检图像。该方式中，采用鸡胸肉作为待测样品，一根充满亚甲基蓝溶液的硅胶管被包埋在鸡胸肉中作为活检目标。利用本发明实施例的三维光声成像系统可以得到鸡胸肉的三维组织结构以及针头和活检目标的三维结构，展示出该成像装置的三维成像效果。

如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种二维成像与三维成像引导淋巴结活检对比图，所示为利用本发明实施例提供的一种三维光声成像装置所得二维图像和三维图像引导淋巴结活检对比图。图7中，左图和右图是中间三维图像的切片。当活检针头以一定的角度插进组织内进行淋巴结活检时，左图只能明显看到淋巴结，右图只能明显看到针头，而中间三维图像可以全方位展示针头和淋巴结的空间位置，说明三维图像在临床图像导航上比二维图像更具有优势。

如图8所示，图8为本发明实施例提供的一种三维淋巴结活检过程图，该方式中，采用包括大鼠淋巴结的组织作为待测样品，所示为利用本发明实施例提供的一种三维光声成像装置引导金属细针进行大鼠淋巴结活检图像。利用本发明实施例的三维光声成像系统可以得到淋巴结和金属细针的三维空间位置分布，同时三维超声图像还能提供组织结构细节，全方位地展示使得图像引导过程简便省时，从而实现微创活检，并提高手术准确率。

本发明实施例所述三维光声成像系统中，光声成像和超声成像都是非电离辐射，对生物组织无损伤，其中光声图像的光学吸收对比度高、空间分辨率好，超声图像可以提供组织结构信息。

本发明实施例所述三维光声成像系统中，超声探头具有可替换性，超声处理电路兼容系列型号线性阵列超声探头，可以针对不同成像目标更改超声探头，而无需改动实验装置，适应性强。

本发明实施例所述三维光声成像系统中，超声探头与待成像区域不直接接触，使得超声探头在扫描过程中不受机械扰动影响。

本发明实施例所述三维光声成像系统也可以将升降平台和容器安装在运动扫描设备上做扫描运动，超声探头和光纤束固定在空间中保持不动。

本发明实施例所述三维光声成像系统的结构简单，易于实现，临床应用性强，可用于三维图像引导微创手术、医疗器械体内放置、观察诊断患病部位、引导金属针头注射药物等场景，具有较大的临床应用潜力和市场推广前景。

本发明实施例所述三维光声成像系统不局限于医疗超声成像，还可以用于光声谱检测。由于光声效应中产生的声能直接正比于物质吸收的光能，而不同成分的物质在不同光波波长处出现吸收峰值，因此可以设置激光设备包括多个激光器，能够出射具有多谱线(或连续光谱)的光源以不同波长的光束，光束相继照射样品时，样品内不同成分的物质将在与各自的吸收峰相对应的光波波长处产生光声信号极大值，所述控制设备基于所述超声设备采集的光声信号，得到光声信号随光波波长改变的曲线称为光声谱。光声谱实际上代表物质的光吸收谱，可以用于表征样品的组分，因本发明三维光声成像系统可以利用光声效应可以检测物质的组分，如用于各种凝聚态物质的微量甚至痕量分析，对样品材料没有限制，不论透明或不透明、固体或半固体(包括粉末、污迹、乳胶或生物样品等)都可以进行分析。

本发明实施例所述三维光声成像系统还可以用于光声显微镜，激光设备利用聚焦的激光束在固体样品表面扫描，超声设备对不同位置处产生的光声信号的振幅和相位进行测量，控制设备基于所述超声设备的光声信号的测量结果，确定样品的光学、热学、弹性以及几何结构中的至少一种属性参数，可对各种金属、陶瓷、塑料或生物样品等的表面或亚表面的微细结构进行声成像显示，特别是对集成电路等固体器件的亚表面结构进行成像研究。

本发明实施例所述三维光声成像系统通过超声探头做机械扫描获得三维数据。三维光声超声叠加图像同时具备光声成像和超声成像的优点，可以同时显示样品的结构和功能等不同层面的信息。形成的三维图像可以提供更为丰富的空间信息，全方位的图像展示使得操作更加便捷，并能提高准确率。可以通过调节脉冲激光的波长得到不同的目标信息，使用范围广，而且光纤束末端随超声探头一起扫描运动使得超声探头成像区域光照均匀，成像质量好。

基于上述三维光声成像系统实施例，本发明另一实施例还提供了一种三维光声成像方法，所述三维光声成像方法包括：

采用上述实施例所述的三维光声成像系统对待测样品进行三维光声成像和三维超声成像。

本发明实施例提供了一种用于活检针头引导的三维光声成像方法

具体的，所述成像方法包括以下步骤：

步骤11：预设激光设备参数、运动扫描设备参数、超声设备参数、信号调制设备参数；启动所有设备；

步骤12：所述信号调制设备产生方波信号，方波信号的上升沿触发光声成像，方波信号的下降沿触发超声成像；

步骤13：所述激光设备被上升沿信号触发，发射激光，激光通过光纤束传输到待成像样品表面，目标受激发产生超声波；同时所述超声处理电路被上升沿信号触发，通过超声探头采集光声信号，经过放大、滤波、模数转换，原始射频信号被所述超声处理电路重建为点阵数据并缓存；

步骤14：所述超声处理电路被下降沿信号触发停止采集光声信号，同时超声探头发射超声波并采集超声信号，经过放大、滤波、模数转换，原始射频信号被所述超声处理电路重建为点阵数据并缓存；

步骤15：所述移动扫描设备带动超声探头移动到下一位置，重复步骤2和3，再次采集光声数据和超声数据；

步骤16：完成预设的机械扫描周期后，将所述超声处理电路缓存的数据全部传输到所述控制设备，然后将这一个机械扫描周期内获取的二维数据处理后按照实际空间分布重建为三维图像；

步骤17：重复步骤12、13、14、15和16，获得另一个在时间上连续的三维图像。

如上述，采用上述实施例所述的三维光声成像系统对待测样品进行三维光声成像和三维超声成像，不局限于上述用于医疗超声成像，所述三维光声成像方法还可以用于光声谱检测和光声显微镜。

通过上述实施例所述的三维光声成像系统实现本实施例所述三维光声成像方法。本发明实施例所述三维光声成像方法通过超声探头做机械扫描获得三维数据。三维光声超声叠加图像同时具备光声成像和超声成像的优点，可以同时显示样品的结构和功能等不同层面的信息。形成的三维图像可以提供更为丰富的空间信息，全方位的图像展示使得操作更加便捷，并能提高准确率。可以通过调节脉冲激光的波长得到不同的目标信息，使用范围广，而且光纤束末端随超声探头一起扫描运动使得超声探头成像区域光照均匀，成像质量好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统对应部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三维光声成像系统，其特征在于，所述三维光声成像系统包括：

样品设备，所述样品设备用于放置待测样品；

激光设备，所述激光设备用于发射脉冲激光，所述脉冲激光照射所述样品的待成像区域，所述待成像区域受脉冲激光激发后，通过光声效应产生光声信号，所述光声信号为超声波；

超声设备，所述超声设备用于采集所述待成像区域产生的光声信号，还用于向所述待成像区域发射检测超声波信号，采集所述待成像区域反射的检测超声波信号；

控制设备，所述控制设备用于基于所述超声设备采集的光声信号进行三维光声成像，还用于基于所述超声设备采集的检测超声波信号进行三维超声成像；

其中，所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行。

2.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，还包括：

信号调制设备，所述信号调制设备产生调制信号，所述调制信号用于使得所述激光设备发射脉冲激光信号与所述超声设备采集所述光声信号同步进行，使得所述超声设备产生所述检测超声波信号并采集反射的所述检测超声波信号，使得所述三维光声成像与所述三维超声成像过程分时进行。

3.根据权利要求2所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述信号调制设备包括：

函数发生器，所述函数发生器用于产生所述调制信号。

4.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，还包括：

运动扫描设备，所述运动扫描设备用于带动超声探头和光纤束基于设定方式移动；

其中，所述超声设备通过所述超声探头发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述激光设备通过所述光纤束发射所述脉冲激光。

5.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述样品扫描设备包括：

升降平台，所述升降平台用于放置所述样品；

容器，所述容器用于盛放液态超声波传输介质，所述容器的底部具有窗口，所述窗口覆盖有透明薄膜；

固定支撑件，所述固定支撑件用于放置所述容器；

其中，所述升降平台可以调节垂直高度；盛放有液态超声波传输介质的容器置于所述样品的上方，且所述窗口正对所述样品；所述样品与所述窗口之间具有软体超声波介质，所述软体超声波介质于所述透明薄膜以及所述样品均贴合，以适用于不同形状的待成像区域表面。

6.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述激光设备包括：

激光器，所述激光器产生的脉冲激光耦合到光纤束，通过所述光纤束将脉冲激光传输到所述待成像区域。

7.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述超声设备包括：

超声探头，所述超声探头用于发射所述检测超声波信号以及采集所述光声信号和反射的所述检测超声波信号；所述超声探头能够基于采集的超声波产生模拟信号；

超声处理电路，所述超声处理电路用于将所述超声探头产生的模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行预处理和缓存。

8.根据权利要求7所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述超声探头采集所述光声信号，产生第一模拟信号，采集反射的所述检测超声信号，产生第二模拟信号；

所述超声处理电路对所述第一模拟信号进行模数转换以及预处理，生成光声数据，对所述第二模拟信号模数转换以及预处理，生成超声数据，所述光声数据与所述超声数据独立存储。

9.根据权利要求1所述的三维光声成像系统，其特征在于，所述控制设备包括：

计算机，所述计算机用于将基于所述光声信号生成的光声数据重建为三维光声图像，以进行三维光声成像，还用于将基于所述检测超声波信号生成的超声波数据重建为三维超声图像，以进行三维超声成像，还用于将所述光声数据以及所述超声数据重建为三维光声超声叠加图像。

10.一种三维光声成像方法，其特征在于，所述三维光声成像方法包括：

采用如权利要求1-9任一项所述的三维光声成像系统对待测样品进行三维光声成像和三维超声成像。