CN112880864B - 基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置及方法，装置包括集成探头外壳、SAW(声表面波)温度传感器、光声测温模块、收发天线、阅读器以及上位机，所述SAW温度传感器和光声测温模块设置在集成探头外壳内，所述SAW温度传感器包括反射栅、压电基板和叉指换能器(IDT)，在SAW温度传感器的结构中，反射栅分布在IDT的两侧，构成一个声学谐振腔。本发明通过SAW测温与光声测温的结合，不仅通过SAW温度传感器实现活体下对光声测温的无损标定，而且通过光声测温准确得到不同深度组织的定量温度；在集成SAW测温与光声测温的基础上，做到探头小型化，无线无源便于体内温度实时检测。

Description

基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置及方法

技术领域

本发明属于医学光声测温的技术领域，具体涉及一种基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置及方法。

背景技术

光声测温技术是最近几年发展起来的一种新型的温度检测手段，在短脉冲激光的照射下，组织吸收能量发生热膨胀，进而产生的初始声压与组织温度在一定的范围内呈良好的线性关系，因而可以利用光声效应进行组织温度的测量。光声的测量原理使得光声技术结合了超声测量的高穿透性和光学测量高对比度及高分辨率的优点，在便携、实时、无创的同时、具备实现一定深度及范围内较高精度组织温度测量的能力。

其中光声内窥测温是一种很有潜力的光声测温应用方式，基于内窥的方式可以到体内检测到组织内部不同深度定点温度变化，但是光声内窥测温技术的前提是需要提供一种在活体组织内应用的光声测温的标定方法。

发明专利号201410358020.6的专利公开了一种开关柜声表面波测温系统，可以实现无线无源的开关柜梅花触头测温，但是其探头部分的封装整体较大，并不能迁移到人体内的温度监控，同时SAW测温只能得到表面温度。实用专利号200520054688.8的专利公开了一种体内测温装置，可以无创、精准测得组织表面温度，但是该系统发射器并非无源，同时该系统是以口服的形式进入人体，无法确定胶囊的位置所以无法实时监控定点温度。发明专利号201510239400.2的专利公开了一种双波长光声测温的方法，可以解决单波长激光测量容易受系统、环境、目标状态及测量角度的问题，但是该系统获取初始温度的方法是通过离体组织情况下测得的光声-温度对应表来获取光声信号强度对应的初始测量温度，但是由于离体组织与活体组织的差别，因此很难确定在离体组织中获得的光声-温度对应表在活体中的普适性，从而无法确认温度测量的准确性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置及方法，在实现SAW无线无源标定表面温度的同时，结合光声测温获取组织深度温度信息。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，括集成探头外壳、SAW温度传感器、光声测温模块、收发天线、阅读器以及上位机，所述SAW温度传感器和光声测温模块设置在集成探头外壳内；

所述SAW温度传感器包括反射栅、压电基板和叉指换能器IDT，在SAW温度传感器的结构中，压电基板是将压电材料附着晶圆上，其上反射栅分布在IDT的两侧，构成一个声学谐振腔；

所述的收发天线分为SAW温度传感器天线和阅读器天线，阅读器天线通过射频线缆与阅读器相连，SAW温度传感器天线是直接集成在PCB上，通过微带线与传感器电路相连；

所述阅读器的激励电信号通过收发天线转化为电磁信号加载在IDT上，IDT将电信号转换为SAW信号，当达到谐振状态时，SAW信号经两侧的反射栅反射叠加，再由IDT转化为电信号通过收发天线输出到阅读器进行解读；

所述上位机集成了SAW测温分析显示系统以及内窥光声测温系统部分，并且将二者的数据进行融合，即SAW温度传感器把组织的初始温度信息转换成电信号，通过收发天线送至阅读器进行采集并传送给上位机分析作为当前光声测温温度的变化的参考值，之后上位机控制光声测温模块开始发射激光脉冲并采集组织表面的光声信号，通过采集不同温度条件下反馈回的光声信号强度变化与SAW温度传感器测得的温度变化，解读出光声信号强度与温度变化的线性曲线；最后采集不同组织深度的光声信号的强度变化，结合标定好的线性曲线分析得出当前组织不同深度的温升，再综合由SAW温度传感器测得的初始温度解算出组织深层的绝对温度。

优先的，所述SAW温度传感器与收发天线同频点对应设置，所述阅读器天线与阅读器连接；所述SAW温度传感器与光声测温模块以及SAW温度传感器天线安装在探头前端。

优先的，当SAW温度传感器的周围环境温度发生变化时，谐振频率也发生变化，同时回波信号也随之发生相应的变化，因此通过分析回波信号频率的变化可以得出当前环境的变化；由此SAW温度传感器的测温原理是，当激励信号频率f₁在SAW温度传感器谐振频率f₀附近时，IDT将激励信号转换为SAW信号，SAW温度传感器处于受迫振动，此时撤去激励信号，SAW温度传感器以自身谐振频率f₀传递SAW信号；当外界温度变化时，SAW温度传感器谐振频率随温度变化的关系为：

其中，TCF是SAW温度传感器的频率温度系数，该系数由SAW温度传感器压电基底的材料、切向和SAW的传播方向决定，通过检测回波信号频率的变化得到当前组织表面的温度变化；之后，在外界对SAW测温模块进行温度标定，通过SAW测温系统来获取绝对温度。

优先的，所述光声测温模块包括透声反光镜、超声换能器、超声耦合物质和透光密封膜；

所述集成探头外壳呈圆柱状，圆柱上方设有一圆槽，用于放置透光密封膜然后在圆槽的下方设置斜槽，用于放置透声反光镜；在外壳的侧面有一个圆形通孔，用于放置超声换能器，在圆形通孔的对侧有一个长方体凸台，在长方体凸台的轴向方向上挖了一个圆通槽和一个长方体槽，圆通槽与对侧圆形通孔正对用于放置超声耦合物质，长方体槽用于放置SAW温度传感器和相应PCB与天线，将SAW温度传感器与PCB粘贴在导热性能优良的底板上，天线通过底板的空隙粘贴在底板上表面，之后整体安装在长方体槽上。

优先的，所述阅读器包括发射电路、射频开关、接收电路，所述发射电路采用DDS和PLL二者输出信号相混频的方案作为信号源，经过调制以后，由射频功率放大器将调制信号驱动到相应的功率进行发射，选择的射频功率放大器的增益在25-30dB；

所述射频开关，用于对间歇性的正弦信号采用振幅键控调制；

所述接收电路包括前置低噪声放大器LNA对信号进行放大，经带通滤波器滤除带外噪声再通过次级低噪声放大器、多级下变频器和低通滤波器对信号进行处理得到高信噪比的模拟信号，将模拟信号输入高速数模转换器进行数字编码转化为数字信号后输入微控制器，所述微控制器采用的DSP芯片对采集到的回波信号进行处理解读，得出温度信息。

优先的，所述收发天线中发射天线采用PIFA天线，接收天线采用vivaldi天线。

优先的，所述SAW温度传感器连接有柔性PCB板，柔性PCB板的背侧采用导热胶水的方式封装。

优先的，所述底板的厚度小于1mm，所述底板有导热部分和绝缘部分拼接而成，所述SAW温度传感器的一侧放在导热部分的一端，将SAW温度传感器与柔性PCB板粘贴在底板的下侧，柔性PCB板和传感器天线通过中间缝隙粘贴到底板上侧，同时用防水胶密封住缝隙，之后将整块底板安装在光声测温探头上。

优先的，采用了一种透光率在92％以上、透声率在88％以上且导热性能较好的生物材料用来包裹探头。

本发明另一方面还提供了一种基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置的测温方法，包括下述步骤：

将SAW测温系统温度标定好，以便通过SAW来得到绝对温度；

探测器表面紧贴组织表面，阅读器发送激励脉冲，通过接收回波信息，解读当前组织表面温度；

激光器发射激光脉冲，同时超声探头接收组织表面的光声信号；

根据SAW传感器测得组织表面温度变化与光声信号强度的变化，标定当前组织环境下，光声信号强度变化与温度变化的关系曲线；

采集组织不同深度的光声信号，根据反馈回的不同深度的光声信号的大小，结合标定的关系曲线计算在激光照射后组织的温升，再结合SAW温度传感器测得的初始温度，计算出当前组织不同深度的绝对温度；

继续发射激光脉冲同时计算温升，结合上一次计算的绝对温度，计算当前的绝对温度，并重复操作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明改进传统因为传统的SAW传感器测温只能准确的得到组织表面的温度，而无法获取组织深层温度，而传统的光声测温能够获取组织深层的温度信息但是存在活体内标定的问题，充分利用两种测温手段的优点，提出通过SAW测温获取组织表面温度对光声测温进行标定，再由标定曲线通过光声测温读取组织深层温度信息，实现组织内准确的标定与温度测量。

2、本发明使用SAW温度传感器代替目前已有的热电偶、红外测温的方法，实现了无线无源体内测温，减少了目前常用体内测温的复杂度，减小了一体化光声测温与标定探头的体积以及对光声信号的电磁干扰。

3、本发明使用柔性PCB和微带PIFA与vivaldi天线的方式，极大的减小传统SAW测温探头的前端，减小对之前光声测温探头的体积影响，使SAW测温技术更加简单的集成到目前常用的光声测温技术中，实现对初始温度的标定。

4、本发明在对信号处理方面，集成了中值滤波，卡尔曼滤波、自适应滤波等多种滤波手段，减小了因为两套系统的集成而造成的信号间的相互串扰，可以保证在两套系统同时工作的前提下，仍能有良好的工作效率及稳定性。

5、本发明在传统的多SAW测温传感器多点测温的技术上，结合目前光声测温的问题，采取单传感器单点测温的方式，极大的减小了阅读器的难度，同时降低阅读器、天线的开发成本，有利于在小型化后仍可以得到较好的信号。

附图说明

图1是本发明基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置；

图2是本发明SAW温度传感器的结构示意图。

图3是本发明阅读器的系统框图。

图4是本发明测温方法的流程图。

附图标号说明：

1为vivaldi形式的PCB天线，2为柔性PCB电路，3为SAW温度传感器，4为密封膜，5为超声耦合物质，6为透声反光镜，7为超声换能器，8为透光密封板；9为反射栅；10为压电基板；11为叉指换能器。

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。

实施例

如图1所示，本实施例基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，包括集成探头外壳、SAW温度传感器、光声测温模块、收发天线、阅读器以及上位机，所述SAW温度传感器和光声测温模块设置在集成探头外壳内，SAW温度传感器把组织的初始温度信息转换成电信号，通过收发天线送至阅读器进行采集并传送给上位机分析作为当前光声测温温度的变化的参考值，之后上位机控制光声测温模块开始发射激光脉冲并采集组织表面的光声信号，通过采集不同温度条件下反馈回的光声信号强度变化与SAW温度传感器测得的温度变化，解读出光声信号强度与温度变化的线性曲线；最后采集不同组织深度的光声信号的强度变化，结合标定好的线性曲线分析得出当前组织不同深度的温升，再综合由SAW温度传感器测得的初始温度得出当前的绝对温度。

进一步的，如图2所示，本实施例采用了单端谐振器型SAW温度传感器对组织的初始温度进行监测，SAW温度传感器包括反射栅9、压电基板10和叉指换能器(IDT)11，SAW温度传感器的结构中，两侧的反射栅分布在IDT的两侧，构成一个声学谐振腔。所述阅读器的激励信号加载在IDT上，将电信号转化为SAW，当谐振时，SAW经两侧的反射栅反射叠加，再由IDT输出。当谐振型SAW温度传感器的周围温度发生变化时，谐振频率也发生变化，同时回波信号也随之发生相应的变化，因此可以通过分析回波信号频率的变化可以得出当前环境的温度。

更进一步的，SAW温度传感器的测温原理是，当激励信号频率f₁在谐振器型SAW传感器谐振频率f₀附近时，IDT将激励信号转换为SAW，传感器处于受迫振动，此时，撤去激励信号，传感器以自身谐振频率f₀传递信号。

其中，v为SAW在压电基底上的传播速度，λ为波长，即叉指之间的间距。

当SAW温度传感器所处环境温度T发生改变时，SAW波速v和叉指间距λ也会随之变化，但是温度的变化对叉指间距的影响很小，因此

SAW波速随温度变化的关系用泰勒展开式展开为

v(T)＝v(T₀)+a×(T-T₀)+b(T-T₀)²+… (2.3)

其中，T为被测温度，T0为参考温度，v(T0)为参考温度下的波速，a、b分别为一阶、二阶温度系数。其中二阶和高阶温度系数均远小于一阶温度系数，因此公式可简化为

v(T)＝v(T₀)+a×(T-T₀) (2.4)

综合公式(1.2)和公式(1.4)，可得SAW温度传感器谐振频率与温度变化的关系为

其中，TCF是SAW温度传感器的频率温度系数，该系数由SAW温度传感器压电基底的材料、切向和SAW的传播方向决定。

光声测温的原理则是当脉冲激光照射到物体表面瞬间，照射区域将产生光能量沉积，一部分能量被声子吸收，由此形成的温度梯度在样品内部产生压力场并开始热弹性膨胀，从而激发出超声波。光声效应产生的初始声压P可以表示为

ΔP＝u₀ΔΓ(T)F (2.6)

式中F为激光能量密度，u₀是组织的光吸收系数，Г(T)为格林艾森系数，与待测组织的温度T的关系可表示为

ΔΓ_(T)＝A+B(ΔT) (2.7)

式中A和B都是与待测组织相关的自身性质有关的常数，将公式(2.6)与公式(2.7)合并得

ΔP＝C+D(ΔT) (2.8)

可知组织的声压与温度是线性相关的，又因为声压与光声信号的强度是线性相关的，所以可以通过检测光声信号的强度得出组织的温升，再结合SAW温度传感器得到的初始温度就可以得出组织的绝对温度。

工作时，谐振器型SAW温度传感器与收发天线相同频点对应设置，而阅读器通过SMA射频连接器、同轴线缆与声表面波收发天线连接，将SAW温度传感器安装在光声测温系统的探头前端，SAW温度传感器把组织的初始温度信息转换成无线信号，通过收发天线送至阅读器进行采集并传送给上位机的光声测温系统作为当前温度的变化，之后光声测温系统开始触发激光脉冲采集组织表面的光声信号，通过采集不同温度条件下反馈回的光声信号强度变化与SAW测得的温度变化，解读出光声信号强度与温度变化的线性曲线。最后采集不同组织深度的光声信号的强度变化，结合标定好的线性曲线分析得出当前组织不同深度的温升，再综合由SAW传感器测得的初始温度得出当前的绝对温度。

为了产生更好的激励信号同时也为在接收时提高系统的信噪比，方便温度的解析，如图3所示我们在阅读器系统的设计方面进行了优化，使其更加适合光声测温标定方法。所述阅读器包括发射电路、射频开关、接收电路，其中发射电路采用的是DDS和PLL二者输出信号相混频的方案作为信号源，经过调制以后，由射频功率放大器将调制信号驱动到相应的功率进行发射。其中为了保证信号在无失真的条件下有较高的放大倍数，同时考虑SAW温度传感器的环境，天线的效率，电磁兼容等影响，选择的功率放大器的增益在25-30dB左右。

射频开关设计，由于谐振器型SAW温度传感器的激励信号一般为正弦信号。对于间歇性的正弦信号可以采用振幅键控(ASK)调制产生。

接收电路由前置低噪声放大器(LNA)、带通滤波器、次级低噪声放大器、多级下变频器、低通滤波器、高速数模转换器和微控制器(MCU)组成。其中MCU采用的DSP芯片对采集到的回波信号进行处理解读，得出温度信息。

在阅读器数字信号处理设计方面，经过采样后的信号既具有放大电路混入的噪声同时也有因为采样而添加的采样噪声，所以在DSP中采用了中值滤波、卡尔曼滤波、自适应滤波进行滤波处理。中值滤波减小尖锐的毛刺信号的干扰，提高信号质量；之后进行卡尔曼滤波将先验知识结合进去，进行预测校正，最后通过自适应滤波的思想进行学习，提高系统不同环境下的自适应能力。之后将滤波后的信号进行FFT变换，得出采集到的回波信号的频谱信息，找出回波频率值，由于SAW温度传感器谐振频率与温度变化呈线性关系，得出当前温度。

进一步的，收发天线采用的是PIFA与vivaldi天线同时设计在柔性PCB上，极大的减小了声表面波测温系统前端的体积，同时采用单极化的极化方式，提高天线的定向增益以此提高了天线的效率。

进一步的，柔性PCB的整体厚度在几百微米左右，同时因为其柔软性，降低了安装时的难度。柔性PCB的背侧采用导热胶水的方式封装，方便粘贴在底板。

进一步的，底板的厚度小于1mm，分为两部分拼接在一起，分别是导热性能较好的金属材料方便将组织温度信息传递给SAW温度传感器，另一部分则是绝缘的，减少对回波电磁信号的影响，这样将SAW温度传感器的一侧放在导热性能好的一段，将传感器与柔性PCB粘贴在底板的下侧，柔性PCB板和传感器天线通过中间缝隙粘贴到底板上侧，同时用防水胶密封住缝隙，之后将整块底板安装在光声测温探头的长方体槽上。

进一步的，采用了一种透光率在92％以上、透声率在88％以上且导热性能较好的生物材料用来包裹探头，便于组织内部测温。

本实施例中，所述集成的探头外壳圆柱状，从圆柱上方挖出一个圆槽，用于放置透光密封板，然后再圆槽的下方再挖一个45°角倾斜的斜槽，用于放置透声反光镜。在外壳的侧面有一个圆形通孔，用于放置超声换能器，在圆形通孔的对侧有一个长方体凸台，在长方体凸台的轴向方向上挖了一个圆通槽和一个长方体槽，圆通槽与对侧圆形通孔正对用于放置超声耦合装置，长方体槽用于放置SAW温度传感器和相应PCB与天线，将SAW温度传感器与PCB粘贴在导热性能优良的底板上，天线通过底板的空隙粘贴在底板上表面，之后整体安装在长方体槽上。

为了产生更好的激励信号同时也为在接收时提高系统的信噪比，方便温度的解析，如图3所示在阅读器系统的设计方面进行了优化，使其更加适合光声测温标定方法。

在发射电路设计中，本实施例采用的是DDS和PLL二者输出信号相混频的方案作为信号源，经过调制以后，由射频功率放大器将调制信号驱动到相应的功率进行发射。其中为了保证信号在无失真的条件下尽可能的有较高的放大倍数，同时考虑SAW温度传感器的环境，天线的效率，电磁兼容等影响，选择的PA的增益在30dB左右。

射频开关设计，由于谐振器型SAW温度传感器的激励信号一般为正弦信号。对于间歇性的正弦信号可以采用振幅键控(ASK)调制产生。

接收电路设计，采用的是前置低噪声放大器(LNA)、带通滤波器、次级低噪声放大器、多级下变频器、低通滤波器、高速数模转换器和微控制器(MCU)组成。其中MCU采用的DSP芯片对采集到的回波信号进行处理解读，得出温度信息。同时我们使用的是单一传感器，因此不用考虑不同传感器之间的相互串扰问题，在进行滤波时，可以采取带宽较小的滤波器，更好的滤除带宽以外的噪声信号，得到较好的纯净信号。

同时在获取信号之后，我们在数字信号处理阶段，采用了中值滤波、卡尔曼滤波、自适应滤波等种滤波方式，因为我们信号的带宽仅有2MHz左右，所以通过不同滤波的方法，进一步提高了系统对温度的解析能力。

在实际安装过程中，考虑到体内环境的复杂性以及对探头小型化的要求，我们设计了一种集成SAW测温与光声测温的一体化探头，其结构如图1所示。首先光声测温系统采用的是透声反光的结构，首先脉冲激光通过透光密封板8到达反光透声镜6，经过反射将脉冲激光反射到组织表面，由光声效应产生的光声信号，通过密封膜4进入到超声换能器7中，进行解析不同深度的组织温升，其中超声耦合物质5的作用是为了耦合超声。而SAW测温的装置则是首先将SAW温度传感器3焊接在柔性PCB电路2上，之后将柔性PCB电路粘贴在底板上，将vivaldi形式的PCB天线1由底板中的缝隙穿过之后粘贴在底板的另一侧。

如图4所示，在本申请的另一个实施例中，将所有设备安装调试完成之后，按照如下步骤进行光声测温的标定：

(1)在外界环境中将SAW测温系统温度标定好，以便通过SAW来得到绝对温度；

(2)将探头送入人体，探测器表面紧贴组织表面，阅读器发送激励脉冲，通过接收回波信息，解读当前组织表面温度；

(3)激光器发射激光脉冲，同时超声探头接收组织表面的光声信号；

(4)根据SAW传感器测得组织表面温度变化与光声信号强度的变化，标定当前组织环境下，光声信号强度变化与温度变化的关系曲线；

(5)之后采集组织不同深度的光声信号，根据反馈回的不同深度的光声信号的大小，结合标定的关系曲线计算在激光照射后组织的温升，再结合SAW温度传感器测得的初始温度，计算出当前组织不同深度的绝对温度；

(6)继续发射激光脉冲同时计算温升，结合上一次计算的绝对温度，计算当前时刻的绝对温度，并重复操作。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，包括集成探头外壳、SAW温度传感器、光声测温模块、收发天线、阅读器以及上位机，所述SAW温度传感器和光声测温模块设置在集成探头外壳内；

所述SAW温度传感器包括反射栅、压电基板和叉指换能器IDT，在SAW温度传感器的结构中，压电基板是将压电材料附着晶圆上，其上反射栅分布在IDT的两侧，构成一个声学谐振腔；

所述的收发天线分为SAW温度传感器天线和阅读器天线，阅读器天线通过射频线缆与阅读器相连，SAW温度传感器天线是直接集成在PCB上，通过微带线与传感器电路相连；

所述阅读器的激励电信号通过收发天线转化为电磁信号加载在IDT上，IDT将电信号转换为SAW信号，当达到谐振状态时，SAW信号经两侧的反射栅反射叠加，再由IDT转化为电信号通过收发天线输出到阅读器进行解读；

所述上位机集成了SAW测温分析显示系统以及内窥光声测温系统部分，并且将二者的数据进行融合，即SAW温度传感器把组织的初始温度信息转换成电信号，通过收发天线送至阅读器进行采集并传送给上位机分析作为当前光声测温的温度变化的参考值，之后上位机控制光声测温模块开始发射激光脉冲并采集组织表面的光声信号，通过采集不同温度条件下反馈回的光声信号强度变化与SAW温度传感器测得的温度变化，解读出光声信号强度与温度变化的线性曲线；最后采集不同组织深度的光声信号的强度变化，结合标定好的线性曲线分析得出当前组织不同深度的温升，再综合由SAW温度传感器测得的初始温度解算出组织深层的绝对温度。

2.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述SAW温度传感器与收发天线同频点对应设置，所述阅读器天线与阅读器连接；所述SAW温度传感器与光声测温模块以及SAW温度传感器天线安装在探头前端。

3.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，当SAW温度传感器的周围环境温度发生变化时，谐振频率也发生变化，同时回波信号也随之发生相应的变化，因此通过分析回波信号频率的变化可以得出当前环境的变化；由此SAW温度传感器的测温原理是，当激励信号频率f ₁在 SAW温度传感器谐振频率 f ₀附近时，IDT将激励信号转换为 SAW信号，SAW温度传感器处于受迫振动，此时撤去激励信号，SAW温度传感器以自身谐振频率f ₀传递SAW信号；当外界温度变化时，SAW温度传感器谐振频率随温度变化的关系为：

其中，TCF是SAW温度传感器的频率温度系数，该系数由SAW温度传感器压电基底的材料、切向和SAW的传播方向决定，通过检测回波信号频率的变化得到当前组织表面的温度变化；之后，在外界对SAW测温模块进行温度标定，通过SAW测温系统来获取绝对温度。

4.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述光声测温模块包括透声反光镜、超声换能器、超声耦合物质和透光密封膜；

所述集成探头外壳呈圆柱状，圆柱上方设有一圆槽，用于放置透光密封膜然后在圆槽的下方设置斜槽，用于放置透声反光镜；在外壳的侧面有一个圆形通孔，用于放置超声换能器，在圆形通孔的对侧有一个长方体凸台，在长方体凸台的轴向方向上挖了一个圆通槽和一个长方体槽，圆通槽与对侧圆形通孔正对用于放置超声耦合物质，长方体槽用于放置SAW温度传感器和相应PCB与SAW温度传感器天线，将SAW温度传感器与PCB粘贴在导热性能优良的底板上，SAW温度传感器天线通过底板的空隙粘贴在底板上表面，之后整体安装在长方体槽上。

5.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述阅读器包括发射电路、射频开关、接收电路，所述发射电路采用DDS和PLL二者输出信号相混频的方案作为信号源，经过调制以后，由射频功率放大器将调制信号驱动到相应的功率进行发射，选择的射频功率放大器的增益在25-30dB；

所述射频开关，用于对间歇性的正弦信号采用振幅键控调制；

所述接收电路包括前置低噪声放大器LNA对信号进行放大，经带通滤波器滤除带外噪声再通过次级低噪声放大器、多级下变频器和低通滤波器对信号进行处理得到高信噪比的模拟信号，将模拟信号输入高速数模转换器进行数字编码转化为数字信号后输入微控制器，所述微控制器采用的DSP芯片对采集到的回波信号进行处理解读，得出温度信息。

6.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述收发天线中发射天线采用PIFA天线，接收天线采用vivaldi天线。

7.根据权利要求4所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述SAW温度传感器连接有柔性PCB板，柔性PCB板的背侧采用导热胶水的方式封装。

8.根据权利要求7所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，所述底板的厚度小于1mm，所述底板有导热部分和绝缘部分拼接而成，所述SAW温度传感器的一侧放在导热部分的一端，将SAW温度传感器与柔性PCB板粘贴在底板的下侧，柔性PCB板和传感器天线通过中间缝隙粘贴到底板上侧，同时用防水胶密封住缝隙，之后将整块底板安装在光声测温探头上。

9.根据权利要求1所述基于无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置，其特征在于，采用了一种透光率在92%以上、透声率在88%以上且导热性能较好的生物材料用来包裹探头。

10.基于权利要求1-9任一项所述基于 无线无源声表面波传感器的内窥光声测温装置的测温方法，其特征在于，包括下述步骤：

将SAW测温分析显示系统温度标定好，以便通过SAW温度传感器来得到绝对温度；

SAW温度传感器表面紧贴组织表面，阅读器发送激励脉冲，通过接收回波信息，解读当前组织表面温度；

激光器发射激光脉冲，同时超声探头接收组织表面的光声信号；

根据SAW温度传感器测得组织表面温度变化与光声信号强度的变化，标定当前组织环境下，光声信号强度变化与温度变化的关系曲线；

采集组织不同深度的光声信号，根据反馈回的不同深度的光声信号的大小，结合标定的关系曲线计算在激光照射后组织的温升，再结合SAW温度传感器测得的初始温度，计算出当前组织不同深度的绝对温度；

继续发射激光脉冲同时计算温升，结合上一次计算的绝对温度，计算当前的绝对温度，并重复操作。

Images