CN113080871A - 成像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种成像系统，用于生命体内窥成像。该成像系统包括：第一激光组件，被配置为提供第一激光并将第一激光定向到第一光路；激光超声换能器，位于第一光路，被配置为通过光声效应将第一激光转换为超声波并向外投射至生命体内的待测区域；第二激光组件，被配置为提供第二激光并将第二激光定向到第二光路；回波检测组件，位于第二光路，被配置为响应于待测区域的超声回波对第二激光进行调制，并将调制后的第二激光定向到第三光路；以及成像组件，位于第三光路，被配置为接收调制后的第二激光以进行成像。上述成像系统，有利于提高生命体内超声成像系统的超声检测灵敏度、抗电磁干扰能力、超声信号高保真传输能力且无需阻抗匹配。

Description

成像系统
技术领域
本发明涉及内窥成像技术领域，特别是涉及一种成像系统。
背景技术
心血管疾病是慢性非传染疾病最重要的组成部分，被称作“人类健康的第一杀手”，每年造成数千万人死亡，而且其发病率逐年上升，发病人群呈年轻化趋势。目前，血管内超声成像(Intravascular ultrasound,IVUS)被称为诊断和指导冠状动脉粥样硬化及其介入治疗的"金标准"。血管内超声成像技术是20世纪80年代末迅速发展的一种新的介入式超声成像技术，现在IVUS成像技术已可以对冠状动脉甚至更细小的血管进行血管内成像，在不影响临床经皮冠状动脉成形术的前提下，可定性、定量的提供动脉壁微结构灰度图像，对于冠状动脉粥样硬化与狭窄等心血管疾病的诊断与治疗具有重要意义。
血管内超声成像是目前使用最广泛的用于临床检测可以实时提供患者冠状动脉血管横截面图像的检查手段，但是目前使用基于压电超声换能器的血管内超声成像在血管内环境中使用具有以下缺陷：超声检测灵敏度低、受电磁干扰影响大、阻抗难以匹配、信号衰减大等。同样地，用于生命体内的其他位置处的超声成像技术也存在同样的问题。因此，急需一种改进的生命体内超声成像系统以克服上述缺陷。
发明内容
基于此，有必要针对传统的生命体内超声成像技术超声检测灵敏度低、受电磁干扰影响大、阻抗难以匹配、信号衰减大的问题，提供一种改进的成像系统。
一种成像系统，用于生命体内窥成像，包括：
第一激光组件，被配置为提供第一激光并将所述第一激光定向到第一光路；
激光超声换能器，位于所述第一光路，被配置为通过光声效应将所述第一激光转换为超声波并向外投射至生命体内的待测区域；
第二激光组件，被配置为提供第二激光并将所述第二激光定向到第二光路；
回波检测组件，位于所述第二光路，被配置为响应于所述待测区域的超声回波对所述第二激光进行调制，并将调制后的第二激光定向到第三光路；以及，
成像组件，位于所述第三光路，被配置为接收所述调制后的第二激光以进行成像。
上述成像系统，通过光声效应产生超声波，并采用光学调制的方式来进行超声回波的探测，这类全光学的生命体内超声成像方式摒弃了传统技术所采用的压电换能器，有利于提高生命体内超声成像系统的超声检测灵敏度、抗电磁干扰能力、超声信号高保真传输能力且无需阻抗匹配。
在其中一个实施例中，所述激光超声换能器的材料包括金属薄膜或碳复合材料。
在其中一个实施例中，所述回波检测组件包括光纤布拉格光栅或光纤法布里-珀罗腔。
在其中一个实施例中，所述光纤布拉格光栅为π相移光纤布拉格光栅。
在其中一个实施例中，所述第二光路和所述第三光路部分重合，所述成像系统还包括：光纤环形器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述第一端口与所述第二激光组件连接，所述第二端口与所述回波检测组件连接，所述第三端口与所述成像组件连接；所述第二激光沿所述第二光路经所述第一端口和所述第二端口后传输至所述回波检测组件，所述调制后的第二激光沿所述第三光路经所述第二端口和所述第三端口后传输至所述成像组件。
在其中一个实施例中，所述成像组件包括：光电平衡探测器，与所述第三端口连接，被配置为将所述调制后的第二激光转换为模拟信号；数据采集卡，与所述光电平衡探测器连接，被配置为将所述模拟信号转换为数字信号；图像显示器，与所述数据采集卡连接，被配置为根据所述数字信号进行图像显示。
在其中一个实施例中，所述激光超声换能器和所述回波检测组件设置在探头内，所述成像系统还包括：驱动装置，与所述探头连接，被配置为驱动所述探头旋转和/或移动。
在其中一个实施例中，所述探头的直径为0.5mm～1.5mm；所述驱动装置驱动所述探头移动的速度为0.1mm/s～10mm/s；所述驱动装置驱动所述探头旋转的速度为0.1r/s～50r/s。
在其中一个实施例中，所述第一激光组件包括脉冲激光器以及多模光纤耦合器，所述脉冲激光器被配置为提供所述第一激光，所述多模光纤耦合器被配置为将所述第一激光耦合到多模光纤中，以使所述第一激光沿所述第一光路传输；所述第二激光组件包括可调谐激光器以及单模光纤耦合器，所述可调谐激光器被配置为提供所述第二激光，所述单模光纤耦合器被配置为将所述第二激光耦合到单模光纤中，以使所述第二激光沿所述第二光路传输。
在其中一个实施例中，所述脉冲激光器的重复频率为1KHz-10 KHz，所述第一激光的波长范围为400nm-2400nm，所述多模光纤的模场直径为50μm-500μm；所述可调谐激光器的调谐速度为1nm/s-30nm/s，所述第二激光的波长范围为400nm-2400nm，所述单模光纤的模场直径为1μm-10μm。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的工作示意图；
图2为本申请一实施例的器件连接示意图。
元件标号说明：
100、第一激光组件，110、脉冲激光器，120、多模光纤耦合器；
200、第二激光组件，210、可调谐激光器，220、单模光纤耦合器；
300、驱动装置；
400、探头，410、激光超声换能器，420、回波检测组件；
500、光纤环形器；
600、成像组件，610光电平衡探测器，620、数据采集卡，630图像显示器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前使用的基于压电超声换能器的血管内超声成像系统在血管环境中使用时具有以下缺陷：
(1)超声检测灵敏度低：受血管内空间尺寸的影响，血管内超声探头必须实现小型化，作为探头最主要部件的压电换能器也要求小型化。而压电换能器的单位面积检测灵敏度低，且换能器的灵敏度与换能器面积直接相关，小型化的压电换能器直接导致了超声换能器灵敏度的降低，从而使得超声检测效率降低。
(2)抗电磁干扰差：压电换能器和信号传输线作为电器元件，易受附近射频设备的干扰，而且压电元件和信号电缆会像天线一样，向空中发射信号，并接受来自其他射频设备的无线电波。这使得压电换能器和较长距离的信号传输线的电磁屏蔽能力差，导致超声信号的信噪比低，图像质量差。
(3)难以进行阻抗匹配：因为压电换能器与信号传输线的电阻抗差距较大，在超声采集系统中一般都会配置前置集成放大匹配电路(简称为前放电路)，前放电路的作用是放大原始信号，匹配压电换能器与信号传输线的电阻抗，降低信号传输线衰减对传输信号的干扰。受狭小的血管内窥探头影响，无法配置前放电路，较长距离的信号传输导致信号传输质量明显下降。
(4)信号衰减大：较长的极细同轴线对信号衰减较大，衰减为2.8dB/m 10MHz(以Alpha Wire公司的9450WH型号同轴线为例)，超声信号特别是高频超声信号无法有效传输。
同样地，应用于生命体内的其他位置处的超声成像技术也存在与上述问题类似的问题。
针对上述问题，本申请提供一种全光学的用于生命体内窥成像的成像系统，有利于提高生命体内超声成像系统的超声检测灵敏度、抗电磁干扰能力、超声信号高保真传输能力且无需阻抗匹配。其中，该成像系统可以是针对生命体内的血管、支气管、食道、十二指肠等部位进行内窥成像。下文仅以血管内部的成像为例对该成像系统进行说明。
如图1所示，该成像系统包括第一激光组件100、激光超声换能器410、第二激光组件200、回波检测组件420以及成像组件600。
具体的，第一激光组件100被配置为提供第一激光并将第一激光定向到第一光路A，激光超声换能器410位于第一光路A，被配置为通过光声效应将第一激光转换为超声波并向外投射至生命体内的待测区域(例如血管壁或血管内的其他组织，图1中以血管壁为示例)；第二激光组件200被配置为提供第二激光并将第二激光定向到第二光路B，回波检测组件420位于第二光路B，被配置为响应于待测区域的超声回波对第二激光进行调制，并将调制后的第二激光定向到第三光路C；成像组件600位于第三光路C，被配置为接收调制后的第二激光以进行成像。其中，第一光路A、第二光路B以及第二光路C均可通过光纤进行定向传输。
除此之外，成像系统对应还包括控制器(图未示出)，控制器可用于调控第一激光组件100提供的第一激光的输出功率和输出波长等，以及调控第二激光组件200提供的第二激光的输出功率和输出波长等，还可用于执行图像处理软件的程序，以根据调制后的第二激光的光信号转换的电信号进行图像数据处理。上述控制器可设置在计算机设备中，从而方便系统的控制运行以及图像显示。
请继续参考图1，当需要对心血管疾病患者进行检查时，控制器可控制第一激光组件100输出第一激光并使第一激光沿第一光路A传输，激光超声换能器410在接收到第一激光后，便可通过光声效应高效地将激光能量转换为超声波并将超声波投射至血管壁的待检测区域(也可以是血管内其他组织的待检测区域)，血管壁的待检测区域反射的超声回波则被回波检测组件420检测；与此同时，控制器可控制第二激光组件200输出第二激光并使第二激光沿第二光路B传输，第二激光作为问询激光传输至回波检测组件420并由回波检测组件420进行调制，调制结果可响应于回波检测组件420检测到的超声回波的声压，调制后的第二激光沿第三光路C传输至成像组件600，成像组件600对接收到的调制后的第二激光的光信号进行信号转换处理，以完成成像。
上述成像系统，通过光声效应产生超声波，并采用光学调制的方式来进行超声回波的探测，这类全光学的生命体内超声成像方式摒弃了传统技术所采用的压电换能器，有利于提高生命体内超声成像系统的超声检测灵敏度、抗电磁干扰能力、超声信号高保真传输能力且无需阻抗匹配。
在一实施例中，激光超声换能器410的材料包括金属薄膜或碳复合材料。具体的，金属薄膜和碳复合材料均处于纳米尺寸量级。金属薄膜或者碳复合材料都是由光通过光声效应激发超声的材料，即是用光学的方式激发产生的超声；而传统压电换能器是基于电学的压电效应产生的超声，两者产生的超声原理不同，所以产生的超声性质不同。通过光学的方式产生的超声比电学方式产生的超声超声带宽更宽，其中金属薄膜或者碳复合材料的厚度可以为10nm～1mm。
在一实施例中，回波检测组件420包括光纤布拉格光栅或光纤法布里-珀罗腔。
当回波检测组件420包括光纤法布里-珀罗腔时，通过检测光纤法布里-珀罗腔输出的干涉光谱的变化即可得到外界超声回波的变化情况，例如可测得外界超声回波的声压变化情况，进而可得到生命体内环境的待检测区域的信息。
当回波检测组件420包括光纤布拉格光栅时，光纤布拉格光栅可反射特定波长的入射光，该特定波长为光纤布拉格光栅的布拉格波长，当第二激光的波长与光纤布拉格光栅的布拉格波长相同时，该第二激光即被光纤布拉格光栅反射。而当经血管壁的待检测区域反射的超声回波作用于光纤布拉格光栅时，会引起光纤布拉格光栅的布拉格波长偏移，进而改变光纤布拉格光栅的反射光谱(或透射光谱)，从而通过获取反射后(或透射后)的第二激光便可将超声回波的声压转换为布拉格波长的偏移量进行检测。
光纤布拉格光栅利用光纤材料的光敏性，通过紫外曝光的方法沿芯径轴向形成永久性的折射率周期性变化的光纤器件，另外传输光信号的光纤不导电，具有电器无源的良好特性，空间变化的电场磁场对光纤布拉格光栅影响极其微弱，故可以消除电磁干扰。另一方面，光纤布拉格光栅的单位面积灵敏度高于压电换能器，例如，具有1mm的直径的血管内超声检测的压电元件可以提供1.8kPa的等效压力，而基于光纤的传感器可提供100Pa等效压力，传感面积仅为0.13×0.27mm2。除此之外，整个成像系统通过激光的形式可无损高效地传输超声回波中携带的血管壁信息，便于图像数据的分析和处理，并且，光纤布拉格光栅全兼容于光纤，两者之间无需进行类似于压电换能器的电阻抗匹配，保证了超声回波的无损传输性能，特别是高频超声的无损传输性能。
进一步的，光纤布拉格光栅可选用π相移光纤布拉格光栅。在均匀布拉格光栅的栅区中心引入一个π相移点，相移的不连续导致布拉格光栅反射光谱中形成窄带宽的陷波，从而导致其比普通光栅更陡的斜率，可以更好地响应更大频率范围的超声回波。
在一实施例中，如图2所示，第二光路B和第三光路C部分重合，成像系统还包括：光纤环形器500，具有第一端口①、第二端口②和第三端口③，其中，第一端口①与第二激光组件200连接，第二端口②与回波检测组件420连接，第三端口③与成像组件600连接；第二激光沿第二光路B经第一端口①和第二端口②后传输至回波检测组件420，调制后的第二激光沿第三光路C经第二端口②和第三端口③后传输至成像组件600。其中，光纤环形器500的三个端口均连接单模光纤进行信号传输，第一端口①与第三端口③之间无法进行传输。可以看到，第二光路B的末段光路与第三光路C的起始段光路重合，通过设置光纤环形器500可使光路形成环路的输入输出，从而有利于简化光路，提高器件的空间利用效率。
进一步的，成像组件600包括：光电平衡探测器610，与第三端口③连接，被配置为将调制后的第二激光转换为模拟信号；数据采集卡620，与光电平衡探测器610连接，被配置为将模拟信号转换为数字信号；图像显示器630，与数据采集卡620连接，被配置为根据数字信号进行图像显示。通过光电信号转换可准确的还原血管内环境的图像数据，从而有利于实现高精度、高清晰度地血管内环境成像。
在一实施例中，激光超声换能器410和回波检测组件420设置在探头400内，成像系统还包括：驱动装置300，驱动装置300的驱动端与探头400连接，被配置为驱动探头旋转和/或移动。在血管内窥成像中，内窥探头一般分为机械旋型和相控阵型两种，本发明的探头类型为机械旋型。机械旋型探头只能对一个方向的检测，也就是获取一维的信息，因此，为了形成二维和三维的图像，需要通过驱动装置300控制探头400旋转和移动(包括移进和回撤)以获得更多方向上的信息。
另一实施例中，如图2所示，驱动装置300也可具有三个端口，其中一个端口与第一激光组件100连接，第二个端口与探头400连接，第三个端口与光纤环形器500的第二端口②连接，从而驱动装置300位于第一光路A、第二光路B以及第三光路C的交汇处。通过上述设置可进一步提高系统的空间利用效率。
进一步的，探头400的直径为0.5mm～1.5mm，例如可以是0.6mm、0.6mm、1mm、1.2mm或1.4mm，从而有利于实现探头400的小型化，使得占用空间小，方便适配至血管内环境中使用。
驱动装置300驱动探头移动的速度为0.1mm/s～10mm/s。如此，可保证所成图像的图像品质并节约成像时间。若速度低于下限，则移动回撤速度过慢会导致整体成像时间增加，移动回撤速度过快则会导致三维图像质量降低。
驱动装置300驱动探头400旋转的速度为0.1r/s～50r/s(r/s表示转/秒)。为了避免在体成像时，脉搏运动对成像的影响，一般优选将旋转速度设置为24r/s；若速度低于下限，则旋转速度太慢容易导致图像都是伪影，若速度高于上限，则旋转速度太快易使得成像深度降低，因为超声传播需要时间，考虑到科学试验前期和临床应用后期，故优选将旋转速度定为该值。
在一实施例中，如图2所示，第一激光组件100包括脉冲激光器110以及多模光纤耦合器120，脉冲激光器110被配置为提供第一激光，多模光纤耦合器120被配置为将第一激光耦合到多模光纤中，以使第一激光沿第一光路A传输；第二激光组件200包括可调谐激光器210以及单模光纤耦合器220，可调谐激光器210被配置为提供第二激光，单模光纤耦合器220被配置为将第二激光耦合到单模光纤中，以使第二激光沿第二光路B传输。其中，可调谐激光器可在一定范围内提供波长连续改变的第二激光；多模光纤耦合器120可包括激光扩束系统、激光空间光校正系统、多模光纤耦合系统；单模光纤耦合器220可包括激光扩束系统、激光空间光校正系统、单模光纤耦合系统，技术人员可根据实际情况进行选择，本申请对此不做限制。
进一步的，脉冲激光器110的重复频率为1KHz-10 KHz，第一激光的波长范围为400nm-2400nm，多模光纤的模场直径为50μm-500μm；可调谐激光器210的调谐速度为1nm/s-30nm/s，第二激光的波长范围为400nm-2400nm，单模光纤的模场直径为1μm-10μm。具备上述参数的激光均可通过控制器进行控制输出，且通过上述设置，可使第二激光的波长锁定在光纤布拉格光栅的线性响应区域，即使得光纤布拉格光栅可将超声回波的声压线性地转换为布拉格波长偏移量，以便于超声回波的探测。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种成像系统，用于生命体内窥成像，其特征在于，包括：
第一激光组件，被配置为提供第一激光并将所述第一激光定向到第一光路；
激光超声换能器，位于所述第一光路，被配置为通过光声效应将所述第一激光转换为超声波并向外投射至生命体内的待测区域；
第二激光组件，被配置为提供第二激光并将所述第二激光定向到第二光路；
回波检测组件，位于所述第二光路，被配置为响应于所述待测区域的超声回波对所述第二激光进行调制，并将调制后的第二激光定向到第三光路；以及，
成像组件，位于所述第三光路，被配置为接收所述调制后的第二激光以进行成像。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述激光超声换能器的材料包括金属薄膜或碳复合材料。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述回波检测组件包括光纤布拉格光栅或光纤法布里-珀罗腔。
4.根据权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述光纤布拉格光栅为π相移光纤布拉格光栅。
5.根据权利要求1-4任一项所述的成像系统，其特征在于，所述第二光路和所述第三光路部分重合，所述成像系统还包括：
光纤环形器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中，所述第一端口与所述第二激光组件连接，所述第二端口与所述回波检测组件连接，所述第三端口与所述成像组件连接；
所述第二激光沿所述第二光路经所述第一端口和所述第二端口后传输至所述回波检测组件，所述调制后的第二激光沿所述第三光路经所述第二端口和所述第三端口后传输至所述成像组件。
6.根据权利要求5所述的成像系统，其特征在于，所述成像组件包括：
光电平衡探测器，与所述第三端口连接，被配置为将所述调制后的第二激光转换为模拟信号；
数据采集卡，与所述光电平衡探测器连接，被配置为将所述模拟信号转换为数字信号；
图像显示器，与所述数据采集卡连接，被配置为根据所述数字信号进行图像显示。
7.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述激光超声换能器和所述回波检测组件设置在探头内，所述成像系统还包括：
驱动装置，与所述探头连接，被配置为驱动所述探头旋转和/或移动。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其特征在于，
所述探头的直径为0.5mm～1.5mm；
所述驱动装置驱动所述探头移动的速度为0.1mm/s～10mm/s；
所述驱动装置驱动所述探头旋转的速度为0.1r/s～50r/s。
9.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，
所述第一激光组件包括脉冲激光器以及多模光纤耦合器，所述脉冲激光器被配置为提供所述第一激光，所述多模光纤耦合器被配置为将所述第一激光耦合到多模光纤中，以使所述第一激光沿所述第一光路传输；
所述第二激光组件包括可调谐激光器以及单模光纤耦合器，所述可调谐激光器被配置为提供所述第二激光，所述单模光纤耦合器被配置为将所述第二激光耦合到单模光纤中，以使所述第二激光沿所述第二光路传输。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其特征在于，
所述脉冲激光器的重复频率为1KHz-10 KHz，所述第一激光的波长范围为400nm-2400nm，所述多模光纤的模场直径为50μm-500μm；
所述可调谐激光器的调谐速度为1nm/s-30nm/s，所述第二激光的波长范围为400nm-2400nm，所述单模光纤的模场直径为1μm-10μm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115989989A (zh) * 2023-02-15 2023-04-21 暨南大学 一种基于光纤传感器的全方位旋转扫描内窥成像装置

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080128506A1 (en) * 1998-03-24 2008-06-05 Tsikos Constantine J Hand-supportable planar laser illumination and imaging (PLIIM) based systems with laser despeckling mechanisms integrated therein
US20110144496A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Meng-Lin Li Imaging method for microcalcification in tissue and imaging method for diagnosing breast cancer
CN102323527A (zh) * 2011-09-09 2012-01-18 北京航空航天大学 基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统及检测方法
CN103385758A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 深圳先进技术研究院 一种血管内光声超声双模成像系统及其成像方法
CN103438916A (zh) * 2013-08-22 2013-12-11 西北核技术研究所 基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置
CN103637808A (zh) * 2013-11-18 2014-03-19 深圳先进技术研究院 光声成像装置
CN104334088A (zh) * 2012-05-03 2015-02-04 三星电子株式会社 激光诱导超声波装置和方法
CN105737966A (zh) * 2016-04-16 2016-07-06 西北大学 法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器
CN106361294A (zh) * 2016-11-15 2017-02-01 华南师范大学 一种血管内光学相干断层成像‑光声‑超声多模成像装置与方法
KR20170033743A (ko) * 2015-09-17 2017-03-27 포항공과대학교 산학협력단 광음향/초음파 융합 카테터와 이를 이용한 통합 영상 획득 시스템 및 방법
CN107157448A (zh) * 2017-05-25 2017-09-15 睿芯生命科技（深圳）有限公司 用于浅表部位成像的光声与超声同步成像系统和方法
CN107174208A (zh) * 2017-05-24 2017-09-19 哈尔滨工业大学（威海） 一种适用于外周血管成像的光声成像系统及方法
CN107411720A (zh) * 2017-09-19 2017-12-01 华南师范大学 一种高效准直光激发的血管内光声/超声成像内窥探头
CN108603784A (zh) * 2015-11-02 2018-09-28 普渡研究基金会 用于癌切缘检测的方法和设备
CN108882920A (zh) * 2016-02-13 2018-11-23 普渡研究基金会 光声导管和使用该光声导管的成像系统
CN110584615A (zh) * 2019-10-15 2019-12-20 南方科技大学 一种双模态内窥成像系统
CN110859601A (zh) * 2019-12-20 2020-03-06 暨南大学 一种光声成像探头及光声成像系统
CN111112035A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 华中科技大学 收发一体式全光超声换能器装置及其制备方法
US20200340954A1 (en) * 2019-04-26 2020-10-29 Barbara S. Smith Photoacoustic and optical microscopy combiner and method of generating a photoacoustic image of a sample
CN111912908A (zh) * 2020-08-07 2020-11-10 北京航空航天大学 一种基于光致超声和激光干涉的全光学超声探测装置
CN112066901A (zh) * 2020-08-27 2020-12-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 超声可调光谱干涉测量装置和测量方法

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080128506A1 (en) * 1998-03-24 2008-06-05 Tsikos Constantine J Hand-supportable planar laser illumination and imaging (PLIIM) based systems with laser despeckling mechanisms integrated therein
US20110144496A1 (en) * 2009-12-15 2011-06-16 Meng-Lin Li Imaging method for microcalcification in tissue and imaging method for diagnosing breast cancer
CN102323527A (zh) * 2011-09-09 2012-01-18 北京航空航天大学 基于光纤布拉格光栅的电力变压器局部放电检测系统及检测方法
CN104334088A (zh) * 2012-05-03 2015-02-04 三星电子株式会社 激光诱导超声波装置和方法
CN103385758A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 深圳先进技术研究院 一种血管内光声超声双模成像系统及其成像方法
CN103438916A (zh) * 2013-08-22 2013-12-11 西北核技术研究所 基于可饱和吸收光纤的光纤光栅波长解调装置
CN103637808A (zh) * 2013-11-18 2014-03-19 深圳先进技术研究院 光声成像装置
KR20170033743A (ko) * 2015-09-17 2017-03-27 포항공과대학교 산학협력단 광음향/초음파 융합 카테터와 이를 이용한 통합 영상 획득 시스템 및 방법
CN108603784A (zh) * 2015-11-02 2018-09-28 普渡研究基金会 用于癌切缘检测的方法和设备
CN108882920A (zh) * 2016-02-13 2018-11-23 普渡研究基金会 光声导管和使用该光声导管的成像系统
CN105737966A (zh) * 2016-04-16 2016-07-06 西北大学 法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器
CN106361294A (zh) * 2016-11-15 2017-02-01 华南师范大学 一种血管内光学相干断层成像‑光声‑超声多模成像装置与方法
CN107174208A (zh) * 2017-05-24 2017-09-19 哈尔滨工业大学（威海） 一种适用于外周血管成像的光声成像系统及方法
CN107157448A (zh) * 2017-05-25 2017-09-15 睿芯生命科技（深圳）有限公司 用于浅表部位成像的光声与超声同步成像系统和方法
CN107411720A (zh) * 2017-09-19 2017-12-01 华南师范大学 一种高效准直光激发的血管内光声/超声成像内窥探头
US20200340954A1 (en) * 2019-04-26 2020-10-29 Barbara S. Smith Photoacoustic and optical microscopy combiner and method of generating a photoacoustic image of a sample
CN110584615A (zh) * 2019-10-15 2019-12-20 南方科技大学 一种双模态内窥成像系统
CN110859601A (zh) * 2019-12-20 2020-03-06 暨南大学 一种光声成像探头及光声成像系统
CN111112035A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 华中科技大学 收发一体式全光超声换能器装置及其制备方法
CN111912908A (zh) * 2020-08-07 2020-11-10 北京航空航天大学 一种基于光致超声和激光干涉的全光学超声探测装置
CN112066901A (zh) * 2020-08-27 2020-12-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 超声可调光谱干涉测量装置和测量方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUIGEN LIU等: "Theoretical and Experimental Investigation of an Intensity-Demodulated Fiber-Ring-Laser Ultrasonic Sensor System", 《IEEE SENSORS JOURNAL》 *
THATHACHARY, SV等: "Toward a highly sensitive polymer waveguide fiber Fabry-Perot ultrasound detector", 《JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS》 *
WANG PU等: "Real-time intravascular photoacoustic-ultrasound imaging of lipid-laden plaque at speed of video-rate level", 《SPIE BIOS》 *
WANG, P等: "Assessing carotid atherosclerosis by fiber-optic multispectral photoacoustic tomography", 《CONFERENCE ON PHOTONS PLUS ULTRASOUND - IMAGING AND SENSING》 *
周瑛子: "高速血管内光声成像系统研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (医药卫生科技辑)》 *
王璞等: "胎儿鼻唇部的超声显像对唇腭裂的筛选价值", 《中外医疗》 *
王磊等: "大展弦比飞翼布局飞机的三轴稳定特性", 《系统工程理论与实践》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115989989A (zh) * 2023-02-15 2023-04-21 暨南大学 一种基于光纤传感器的全方位旋转扫描内窥成像装置

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