CN111948147A - 一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法，将超声成像与激光超声成像相融合，在近场区域采用激光超声成像，采用相控聚焦成像算法对近场成像点进行激光超声图像重建；在中、远场区域采用超声成像，单独激发高频菲涅尔环阵超声换能器的每一个阵元发射超声信号，再用所有阵元接收回波超声信号，采用全聚焦成像算法对中、远场成像点进行超声图像重建。从而能够同时实现近、中和远场区域的超声显微镜成像，并通过三维运动平台带动待检测样品的运动，从而实现了整个待检测样品无盲区的三维超声显微成像。

Description

一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法
技术领域
本申请涉及激光超声显微成像技术领域，尤其涉及一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法。
背景技术
超声显微镜是利用被检测样品的声学性能的差异进行显微成像的一种装置，即利用声成像的方法来生成高反差、高放大倍率的超声成像设备。对于很多不透明的物质，通过光成像方法是不可行的，而声波在物质中的传播基本不受物质的本身透明度影响，所以超声显微镜能够用于成像不透光但透声的各种物质。由于不同物质具有不同的密度、强度、弹性和粘性等，从而导致不同物质的声阻抗率、声衰减和声速等有很大差别，因此，声波在其传播的反射、折射、声吸收以及声衰减都有很大的差异，超声显微镜正是利用这些差异性进行高灵敏度和高分辨率成像的，目前在材料学、生物医学和微电子学等方面都具有广阔的应用。
现有的超声显微镜基本上都是采用超声换能器产生超声信号，超声信号与待检测样品作用之后，再用超声换能器接收超声信号进行成像。例如，传统的单通道单晶复合材料超声显微镜，通过单个换能器发射或则接收，但单通道的超声换能器近场区的声场特性差，并且焦点单一且焦深固定，超声能量在检测样品中不同深度分布不均匀，导致不同深度的缺陷的检测误差较大，特别是对高衰减材料的检测，需进行逐层扫描，难以实现动态扫描，所以传统的单通道单晶复合材料超声显微镜难以用于近场成像或则近场区成像的效果很差，存在成像盲区；使用传统的压电材料制作的菲涅尔环阵超声显微镜，虽然有较好的近场声场，能够对高衰减特性材料和各项异性材料进行缺陷表征，但是其最主要的不足是近场盲区较大，声焦斑更大，导致分辨率更差。而且，传统的超声显微镜需要蓝宝石声透镜，它对超声具有较大的衰减，导致分辨率更差并且扩大了传统超声显微镜的成像盲区。所以，传统的超声显微镜难以实现无盲区的全场域超声显微成像。
发明内容
本申请提供了一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法，用于解决现有的超声显微镜成像系统无法实现无盲区的全场域超声显微成像的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统，包括：纳秒脉冲激光器、聚焦光纤、菲涅尔环阵超声换能器、超声换能器驱动电路、三维运动平台与计算机；
所述纳秒脉冲激光器用于发出具有预设激光参数的脉冲激光光束，所述预设激光参数包括：所述纳秒脉冲激光器的脉冲宽度不大于10ns；
所述脉冲激光光束经过所述聚焦光纤聚焦于待检测样品的亚表面的预设成像点上从而在所述预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，所述光致焦斑的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级；
所述菲涅尔环阵超声换能器的晶片采用单晶复合材料，其环阵数为四个以上，所述菲涅尔环阵超声换能器的每个菲涅尔环的面积均相等，相邻的所述菲涅尔环之间的间距相等，所述菲涅尔环阵超声换能器的中心频率为50MHz以上，所述菲涅尔环阵超声换能器的孔径不大于10mm，所述菲涅尔环阵超声换能器的中心设有通孔，所述聚焦光纤置于所述通孔中，所述菲涅尔环阵超声换能器用于接收所述光致超声信号；
所述计算机与所述超声换能器驱动电路电连接，所述超声换能器驱动电路与所述菲涅尔环阵超声换能器电连接，用于按照预设顺序驱动所述菲涅尔环阵超声换能器中的菲涅尔环逐一向所述预设成像点发射超声信号，还用于接收所述菲涅尔环发射的所述超声信号；
所述计算机与所述菲涅尔环阵超声换能器电连接，所述计算机用于根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对所述预设成像点进行近场超声显微成像；还用于根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对所述预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
所述三维运动平台与所述计算机电连接，用于驱动所述待检测样品运动。
优选地，所述菲涅尔环阵超声换能器与所述计算机之间依次连接有预处理电路、信号放大电路与数字采集电路；
所述预处理电路用于对所述光致超声信号和所述超声信号进行滤波处理；
所述信号放大电路用于对经所述预处理电路滤波处理后的所述光致超声信号和所述超声信号进行放大处理；
所述数字采集电路用于对经所述信号放大电路放大处理后的所述光致超声信号和所述超声信号进行模数转换。
优选地，所述纳秒脉冲激光器与所述计算机之间连接有纳秒脉冲激光驱动电路，用于根据所述计算机预先输入的激光参数驱动所述纳秒脉冲激光器发出所述脉冲激光光束。
优选地，所述菲涅尔环阵超声换能器与所述待检测样品之间采用耦合剂进行耦合。
优选地，所述三维运动平台包括电机驱动电路、X轴电机、Y轴电机与Z轴电机，所述计算机与所述电机驱动电路电连接，所述电机驱动电路分别与所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机电连接，所述X轴电机用于驱动所述待检测样品沿X轴方向运动，所述Y轴电机用于驱动所述待检测样品沿Y轴方向运动，所述Z轴电机用于驱动所述待检测样品沿Z轴方向运动。
另一方面，本申请还提供了一种无盲区的全场域超声显微镜成像方法，基于上述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，包括以下步骤：
S101：通过纳秒脉冲激光器用于发出脉冲激光光束，脉冲激光光束经过聚焦光纤聚焦于待检测样品的亚表面的预设成像点上从而在所述预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，所述光致焦斑的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级；
S102：通过菲涅尔环阵超声换能器接收所述光致超声信号；
S103：通过计算机根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对所述预设成像点进行近场超声显微成像；
S104：关闭所述纳秒脉冲激光器，通过所述菲涅尔环阵超声换能器按照预设顺序驱动菲涅尔环逐一向所述预设成像点发射超声信号后，接收所述菲涅尔环依次发射的所述超声信号；
S105：通过所述计算机根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对所述预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
S106：当所述预设成像点完成成像后，通过所述计算机控制三维运动平台驱动所述待检测样品运动从而移动至下一个预设成像点；
S107：重复所述步骤S101～S106，直至完成所述待检测样品的超声显微成像。
优选地，在所述步骤S102之后，所述步骤S103之前包括：
S1021：通过预处理电路对所述光致超声信号进行滤波处理；
S1022：通过信号放大电路对经所述预处理电路滤波处理后的所述光致超声信号进行放大处理；
S1023：通过数字采集电路对经所述信号放大电路放大处理后的所述光致超声信号进行模数转换后，传输给所述计算机。
优选地，在所述步骤S104之后，所述步骤S105之前包括：
S1041：通过所述预处理电路对所述超声信号进行滤波处理；
S1042：通过所述信号放大电路对经所述预处理电路滤波处理后的所述超声信号进行放大处理；
S1043：通过所述数字采集电路对经所述信号放大电路放大处理后的所述超声信号进行模数转换后，传输给所述计算机。
优选地，在所述步骤S101之前包括：选取所述聚焦光纤，所述聚焦光纤的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统及其方法，通过采用菲涅尔环阵超声换能器能够用较少的阵元产生更强的聚焦声束能量，无需超声透镜即可实现高信噪比；另外，本实施例还将超声成像与激光超声成像相融合，在近场区域采用激光超声成像，用菲涅尔环阵超声换能器的所有阵元接收激光超声信号，采用相控聚焦成像算法对近场成像点进行激光超声图像重建；在中、远场区域采用超声成像，单独激发高频菲涅尔环阵超声换能器的每一个阵元发射超声信号，超声信号遇到结构缺陷会产生回波，再用所有阵元接收回波超声信号，采用全聚焦成像算法对中、远场成像点进行超声图像重建。从而能够同时实现近、中和远场区域的超声显微镜成像，并通过三维运动平台带动待检测样品的运动，从而实现了整个待检测样品无盲区的三维超声显微成像。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统中菲涅尔环阵超声换能器的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统，包括：纳秒脉冲激光器1、聚焦光纤2、菲涅尔环阵超声换能器3、超声换能器驱动电路5、三维运动平台6与计算机4；
纳秒脉冲激光器1用于发出具有预设激光参数的脉冲激光光束，预设激光参数包括：纳秒脉冲激光器1的脉冲宽度不大于10ns；
脉冲激光光束经过聚焦光纤2聚焦于待检测样品7的亚表面的预设成像点上从而在预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，光致焦斑的直径与菲涅尔环阵超声换能器3的预设焦斑直径为同一数量级；
需要说明的是，经过聚焦光纤2射出的光致焦斑的直径是固定的，而通过更换不同直径的聚焦光纤2可以更改光致焦斑直径。而菲涅尔环阵超声换能器3的焦斑直径是可以提前设定后测得的，焦斑直径是需要根据菲涅尔环阵超声换能器3的参数和应用场合来人工确定。通过让光致焦斑的直径与菲涅尔环阵超声换能器3的预设焦斑直径为同一数量级，可以提高图像的分辨率。
参阅图2，菲涅尔环阵超声换能器3的晶片采用单晶复合材料，其环阵数为四个以上，菲涅尔环阵超声换能器3的每个菲涅尔环的面积均相等，相邻的菲涅尔环之间的间距相等，其中心频率为50MHz以上，菲涅尔环阵超声换能器3的孔径不大于10mm，菲涅尔环阵超声换能器3的中心设有通孔，聚焦光纤2置于通孔中，菲涅尔环阵超声换能器3用于接收光致超声信号；
需要说明的是，菲涅尔环阵超声换能器3的晶片由单晶复合材料经过激光微加工制作而成，用该材料采用激光微加工，其切口宽度(两个环之间的加工切口的宽度)最低能够达到15μm，从而降低了切口所占用面积，也就降低了整个换能器的面积，进而降低换能器的孔径，并将换能器的孔径尺寸降低至毫米级，从而缩小焦斑尺寸，提高横向分辨率。
需要说明的是，其通孔是设置在菲涅尔环阵超声换能器3的几何中心上。
计算机4与超声换能器驱动电路5电连接，超声换能器驱动电路5与菲涅尔环阵超声换能器3电连接，用于按照预设顺序驱动菲涅尔环阵超声换能器3中的菲涅尔环逐一向预设成像点发射超声信号，还用于接收菲涅尔环发射的超声信号；
需要说明的是，计算机4根据用户预先输入的调制信号控制菲涅尔环阵超声换能器3按照预设顺序驱动菲涅尔环逐一向预设成像点发射超声信号，其中，预设顺序可为由内向外或由外向内的单个独立的菲涅尔环依次发出超声信号至预设成像点，同时，并由菲涅尔环阵超声换能器3接收经过待检测样品7亚表面反射回来的超声信号回波，在本实施例中，菲涅尔环阵超声换能器3中菲涅尔环可同时接收超声信号回波。
计算机4与菲涅尔环阵超声换能器3电连接，计算机4用于根据菲涅尔环阵超声换能器3接收的光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对预设成像点进行近场超声显微成像；还用于根据菲涅尔环阵超声换能器3接收的超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
可以理解的是，近场、中场和远场是根据焦斑的位置来确定的，当定义菲涅尔环阵超声换能器3与其焦斑之间的距离为N，如果预设成像点距离换能器大于N，则称为远场；如果预设成像点距离换能器等于N，则称为中场；如果预设成像点距离换能器小于N，则称为近场。另外，距离N可以预先通过实验测量；菲涅尔环阵超声换能器3的超声场在近场时，由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相叠加的时候，使得超声场存在相位差从而互相干涉，这就会导致在材料亚表面出现声压互相加强和声压互相减弱的地方，即出现声压分布不均，所以对近场进行超声成像时，会出现超声信号无法聚焦而导致出现检测盲区，另一方面，超声在待检测样品(通常为光学不透明的材料)的远场区域的声衰减仍然很低，而激光超声成像不存在无法聚焦的问题，从而弥补了超声成像存在近场盲区的缺陷，另外，由于激光通常在待检测样品的传播距离很短(近场区域)，而中、远场会由于光的散射造成无法聚焦成像，因此采用超声信号对中、远场区域进行超声成像。
另外，本实施例中，每一个预设成像点处可单独菲涅尔环阵超声换能器3的每一个环，即一个预设成像点激励的次数等于菲涅尔环阵超声换能器3的环数。
三维运动平台6与计算机4电连接，用于驱动待检测样品7运动。
可以理解的是，当第一个预设成像点成像后，则可通过三维运动平台6驱动待检测样品7移动至下一个预设成像点。
在本实施例中，通过采用菲涅尔环阵超声换能器3能够用较少的阵元产生更强的聚焦声束能量，无需超声透镜即可实现高信噪比，同时，超声信号不经过超声透镜就不会影响声场和声焦斑、更不会引起声场的畸变，从而提高了成像效果，特别是对高衰减材料和各项异性材料具有更高的成像效果，能够实现动态扫描；另外，本实施例还将超声成像与激光超声成像相融合，在近场区域采用激光超声成像，用菲涅尔环阵超声换能器3的所有阵元接收激光超声信号，采用相控聚焦成像算法对近场成像点进行激光超声图像重建；在中、远场区域采用超声成像，单独激发高频菲涅尔环阵超声换能器3的每一个阵元发射超声信号，超声信号遇到结构缺陷会产生回波，再用所有阵元接收回波超声信号，采用全聚焦成像算法对中、远场成像点进行超声图像重建。从而能够同时实现近、中和远场区域的超声显微镜成像，并通过三维运动平台6带动待检测样品7的运动，从而实现了整个待检测样品7无盲区的三维超声显微成像。
以上为本申请提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统的一个实施例，以下为本申请提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统的另一个实施例。
为了方便理解，请参考图3，本申请提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统，包括：纳秒脉冲激光器1、聚焦光纤2、菲涅尔环阵超声换能器3、超声换能器驱动电路5、三维运动平台6与计算机4；
纳秒脉冲激光器1用于发出脉冲激光光束；
脉冲激光光束经过聚焦光纤2聚焦于待检测样品7的亚表面的预设成像点上从而在预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，光致焦斑的直径与菲涅尔环阵超声换能器3的预设焦斑直径为同一数量级；
需要说明的是，经过聚焦光纤2射出的光致焦斑的直径是固定的，而通过更换不同直径的聚焦光纤2可以更改光致焦斑直径。而菲涅尔环阵超声换能器3的焦斑直径是可以提前设定后测得的，焦斑直径是需要根据菲涅尔环阵超声换能器3的参数和应用场合来人工确定。通过让光致焦斑的直径与菲涅尔环阵超声换能器3的预设焦斑直径为同一数量级，可以提高图像的分辨率。
参阅图2，菲涅尔环阵超声换能器3的晶片采用单晶复合材料，其环阵数为四个以上，菲涅尔环阵超声换能器3的每个菲涅尔环的面积均相等，相邻的菲涅尔环之间的间距相等，其中心频率为50MHz以上，菲涅尔环阵超声换能器3的孔径不大于10mm，菲涅尔环阵超声换能器3的中心设有通孔，聚焦光纤2置于通孔中，菲涅尔环阵超声换能器3用于接收光致超声信号；
需要说明的是，菲涅尔环阵超声换能器3的晶片由单晶复合材料经过激光微加工制作而成，用该材料采用激光微加工，其切口宽度(两个环之间的加工切口的宽度)最低能够达到15μm，从而降低了切口所占用面积，也就降低了整个换能器的面积，进而降低换能器的孔径，并将换能器的孔径尺寸降低至毫米级，从而缩小焦斑尺寸，提高横向分辨率。
需要说明的是，其通孔是设置在菲涅尔环阵超声换能器3的几何中心上。
计算机4与超声换能器驱动电路5电连接，超声换能器驱动电路5与菲涅尔环阵超声换能器3电连接，用于按照预设顺序驱动菲涅尔环阵超声换能器3中的菲涅尔环逐一向预设成像点发射超声信号，还用于接收菲涅尔环发射的超声信号；
需要说明的是，计算机4根据用户预先输入的调制信号控制菲涅尔环阵超声换能器3按照预设顺序驱动菲涅尔环逐一向预设成像点发射超声信号，其中，预设顺序可为由内向外或由外向内的单个独立的菲涅尔环依次发出超声信号至预设成像点，同时，并由菲涅尔环阵超声换能器3接收经过待检测样品7亚表面反射回来的超声信号回波，在本实施例中，菲涅尔环阵超声换能器3中菲涅尔环可同时接收超声信号回波。
计算机4与菲涅尔环阵超声换能器3电连接，计算机4用于根据菲涅尔环阵超声换能器3接收的光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对预设成像点进行近场超声显微成像；还用于根据菲涅尔环阵超声换能器3接收的超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
可以理解的是，近场、中场和远场是根据焦斑的位置来确定的，当定义菲涅尔环阵超声换能器3与其焦斑之间的距离为N，如果预设成像点距离换能器大于N，则称为远场；如果预设成像点距离换能器等于N，则称为中场；如果预设成像点距离换能器小于N，则称为近场。另外，距离N可以预先通过实验测量；菲涅尔环阵超声换能器3的超声场在近场时，由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相叠加的时候，使得超声场存在相位差从而互相干涉，这就会导致在材料亚表面出现声压互相加强和声压互相减弱的地方，即出现声压分布不均，所以对近场进行超声成像时，会出现超声信号无法聚焦而导致出现检测盲区，另一方面，超声在待检测样品(通常为光学不透明的材料)的远场区域的声衰减仍然很低，而激光超声成像不存在无法聚焦的问题，从而弥补了超声成像存在近场盲区的缺陷，另外，由于激光通常在待检测样品的传播距离很短(近场区域)，而中、远场会由于光的散射造成无法聚焦成像，因此采用超声信号对中、远场区域进行超声成像。
另外，本实施例中，每一个预设成像点处可单独菲涅尔环阵超声换能器3的每一个环，即一个预设成像点激励的次数等于菲涅尔环阵超声换能器3的环数。
三维运动平台6与计算机4电连接，用于驱动待检测样品7运动。
可以理解的是，当第一个预设成像点成像后，则可通过三维运动平台6驱动待检测样品7移动至下一个预设成像点。
进一步地，菲涅尔环阵超声换能器3与计算机4之间依次连接有预处理电路40、信号放大电路41与数字采集电路42；预处理电路40用于对光致超声信号和超声信号进行滤波处理；信号放大电路41用于对经预处理电路40滤波处理后的光致超声信号和超声信号进行放大处理；数字采集电路42用于对经信号放大电路41放大处理后的光致超声信号和超声信号进行模数转换。
需要说明的是，超声信号需要经过滤波放大后，再经过模数转换传输给计算机4进行成像，能够呈现更佳的成像效果。
进一步地，纳秒脉冲激光器1与计算机4之间连接有纳秒脉冲激光驱动电路10，用于根据计算机4预先输入的激光参数驱动纳秒脉冲激光器1发出脉冲激光光束。
需要说明的是，预先输入的激光参数包括激光工作波长、脉冲宽度和重复频率。
在本实施例中，纳秒脉冲激光器1为Nd：YAG激光器，纳秒脉冲激光器1的工作波长为532nm，脉冲宽度为10ns，激光重复频率为1kHz。
进一步地，菲涅尔环阵超声换能器3与待检测样品7之间采用耦合剂进行耦合。
进一步地，三维运动平台6包括电机驱动电路60、X轴电机61、Y轴电机62与Z轴电机63，计算机4与电机驱动电路60电连接，电机驱动电路60分别与X轴电机61、Y轴电机62和Z轴电机63电连接，X轴电机61用于驱动待检测样品7沿X轴方向运动，Y轴电机62用于驱动待检测样品7沿Y轴方向运动，Z轴电机63用于驱动待检测样品7沿Z轴方向运动。
可以理解的是，通过设置X轴电机61、Y轴电机62与Z轴电机63，可以使得待检测样品7移动更加灵活。
以上为本申请提供的种无盲区的全场域超声显微镜成像系统的另一个实施例，以下为本申请提供的种无盲区的全场域超声显微镜成像方法的一个实施例。
为了方便理解，请参阅图4，本申请提供的一种无盲区的全场域超声显微镜成像方法，基于上述实施例中的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，包括以下步骤：
S101：通过纳秒脉冲激光器用于发出脉冲激光光束，脉冲激光光束经过聚焦光纤聚焦于待检测样品的亚表面的预设成像点上从而在预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，光致焦斑的直径与菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级；
S102：通过菲涅尔环阵超声换能器接收光致超声信号；
S103：通过计算机根据菲涅尔环阵超声换能器接收的光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对预设成像点进行近场超声显微成像；
S104：关闭纳秒脉冲激光器，通过菲涅尔环阵超声换能器按照预设顺序驱动菲涅尔环逐一向预设成像点发射超声信号后，接收菲涅尔环依次发射的超声信号；
S105：通过计算机根据菲涅尔环阵超声换能器接收的超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
S106：当预设成像点完成成像后，通过计算机控制三维运动平台驱动待检测样品运动从而移动至下一个预设成像点；
S107：重复步骤S101～S106，直至完成待检测样品的超声显微成像。
进一步地，在步骤S102之后，步骤S103之前包括：
S1021：通过预处理电路对光致超声信号进行滤波处理；
S1022：通过信号放大电路对经预处理电路滤波处理后的光致超声信号进行放大处理；
S1023：通过数字采集电路对经信号放大电路放大处理后的光致超声信号进行模数转换后，传输给计算机。
进一步地，在步骤S104之后，步骤S105之前包括：
S1041：通过预处理电路对超声信号进行滤波处理；
S1042：通过信号放大电路对经预处理电路滤波处理后的超声信号进行放大处理；
S1043：通过数字采集电路对经信号放大电路放大处理后的超声信号进行模数转换后，传输给计算机。
进一步地，在步骤S101之前还包括：选取聚焦光纤，聚焦光纤的直径与菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，包括：纳秒脉冲激光器、聚焦光纤、菲涅尔环阵超声换能器、超声换能器驱动电路、三维运动平台与计算机；
所述纳秒脉冲激光器用于发出具有预设激光参数的脉冲激光光束，所述预设激光参数包括：所述纳秒脉冲激光器的脉冲宽度不大于10ns；
所述脉冲激光光束经过所述聚焦光纤聚焦于待检测样品的亚表面的预设成像点上从而在所述预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，所述光致焦斑的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级；
所述菲涅尔环阵超声换能器的晶片采用单晶复合材料，其环阵数为四个以上，所述菲涅尔环阵超声换能器的每个菲涅尔环的面积均相等，相邻的所述菲涅尔环之间的间距相等，所述菲涅尔环阵超声换能器的中心频率为50MHz以上，所述菲涅尔环阵超声换能器的孔径不大于10mm，所述菲涅尔环阵超声换能器的中心设有通孔，所述聚焦光纤置于所述通孔中，所述菲涅尔环阵超声换能器用于接收所述光致超声信号；
所述计算机与所述超声换能器驱动电路电连接，所述超声换能器驱动电路与所述菲涅尔环阵超声换能器电连接，用于按照预设顺序驱动所述菲涅尔环阵超声换能器中的菲涅尔环逐一向所述预设成像点发射超声信号，还用于接收所述菲涅尔环发射的所述超声信号；
所述计算机与所述菲涅尔环阵超声换能器电连接，所述计算机用于根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对所述预设成像点进行近场超声显微成像；还用于根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对所述预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
所述三维运动平台与所述计算机电连接，用于驱动所述待检测样品运动。
2.根据权利要求1所述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，所述菲涅尔环阵超声换能器与所述计算机之间依次连接有预处理电路、信号放大电路与数字采集电路；
所述预处理电路用于对所述光致超声信号和所述超声信号进行滤波处理；
所述信号放大电路用于对经所述预处理电路滤波处理后的所述光致超声信号和所述超声信号进行放大处理；
所述数字采集电路用于对经所述信号放大电路放大处理后的所述光致超声信号和所述超声信号进行模数转换。
3.根据权利要求1所述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，所述纳秒脉冲激光器与所述计算机之间连接有纳秒脉冲激光驱动电路，用于根据所述计算机预先输入的激光参数驱动所述纳秒脉冲激光器发出所述脉冲激光光束。
4.根据权利要求1所述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，所述菲涅尔环阵超声换能器与所述待检测样品之间采用耦合剂进行耦合。
5.根据权利要求1所述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，所述三维运动平台包括电机驱动电路、X轴电机、Y轴电机与Z轴电机，所述计算机与所述电机驱动电路电连接，所述电机驱动电路分别与所述X轴电机、所述Y轴电机和所述Z轴电机电连接，所述X轴电机用于驱动所述待检测样品沿X轴方向运动，所述Y轴电机用于驱动所述待检测样品沿Y轴方向运动，所述Z轴电机用于驱动所述待检测样品沿Z轴方向运动。
6.一种无盲区的全场域超声显微镜成像方法，基于权利要求1～5中任一项所述的无盲区的全场域超声显微镜成像系统，其特征在于，包括以下步骤：
S101：通过纳秒脉冲激光器用于发出脉冲激光光束，脉冲激光光束经过聚焦光纤聚焦于待检测样品的亚表面的预设成像点上从而在所述预设成像点上产生光致焦斑和光致超声信号，所述光致焦斑的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级；
S102：通过菲涅尔环阵超声换能器接收所述光致超声信号；
S103：通过计算机根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述光致超声信号，基于预设的相控聚焦成像算法对所述预设成像点进行近场超声显微成像；
S104：关闭所述纳秒脉冲激光器，通过所述菲涅尔环阵超声换能器按照预设顺序驱动菲涅尔环逐一向所述预设成像点发射超声信号后，接收所述菲涅尔环依次发射的所述超声信号；
S105：通过所述计算机根据所述菲涅尔环阵超声换能器接收的所述超声信号，基于预设的全聚焦成像算法对所述预设成像点进行中场超声显微成像与远场超声显微成像；
S106：当所述预设成像点完成成像后，通过所述计算机控制三维运动平台驱动所述待检测样品运动从而移动至下一个预设成像点；
S107：重复所述步骤S101～S106，直至完成所述待检测样品的超声显微成像。
7.根据权利要求6所述的无盲区的全场域超声显微镜成像方法，其特征在于，在所述步骤S102之后，所述步骤S103之前包括：
S1021：通过预处理电路对所述光致超声信号进行滤波处理；
S1022：通过信号放大电路对经所述预处理电路滤波处理后的所述光致超声信号进行放大处理；
S1023：通过数字采集电路对经所述信号放大电路放大处理后的所述光致超声信号进行模数转换后，传输给所述计算机。
8.根据权利要求6或7所述的无盲区的全场域超声显微镜成像方法，其特征在于，在所述步骤S104之后，所述步骤S105之前包括：
S1041：通过所述预处理电路对所述超声信号进行滤波处理；
S1042：通过所述信号放大电路对经所述预处理电路滤波处理后的所述超声信号进行放大处理；
S1043：通过所述数字采集电路对经所述信号放大电路放大处理后的所述超声信号进行模数转换后，传输给所述计算机。
9.根据权利要求6所述的无盲区的全场域超声显微镜成像方法，其特征在于，在所述步骤S101之前包括：选取所述聚焦光纤，所述聚焦光纤的直径与所述菲涅尔环阵超声换能器的预设焦斑直径为同一数量级。
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