CN115919359A - 超声成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种超声成像系统，包括：探头、激发超声装置、检测超声装置和成像装置，探头包括发射光纤和接收光纤。激发超声装置用于向发射光纤发送第一激光，第一激光包括多个不同波长的脉冲激光；发射光纤包括附着光声转换材料的光栅，用于通过光声转换材料将射入的第一激光转化为超声波，以基于第一激光向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面；接收光纤用于接收待探测对象反射超声波后得到的超声回波；检测超声装置用于向接收光纤发送第二激光，以使第二激光在超声回波的作用下反射为检测激光；成像装置与检测超声装置连接，用于对检测激光进行处理成像。本申请提供的超声成像系统能够实现更高灵敏度、大角度的超声成像。

Description

超声成像系统

技术领域

本申请涉及超声成像技术领域，尤其涉及一种超声成像系统。

背景技术

随着超声技术领域的发展，超声成像在术前诊断方面具有重要意义。

传统技术中，一般采用基于压电超声换能器在腔内成像的手段实现超声成像，但该技术具有超声检测灵敏度低、受电磁干扰影响大、阻抗难以匹配、信号衰减大等问题。

可见，目前的超声成像技术具有灵敏度低等问题。

发明内容

基于此，为了解决传统技术中的问题，本申请提出一种超声成像系统，能够实现更高发射带宽、更高灵敏度且能实现大角度的超声成像。

一种超声成像系统，其特征在于，所述系统包括：探头、激发超声装置、检测超声装置和成像装置，所述探头包括一根发射光纤以及一根接收光纤，其中，

所述激发超声装置与所述探头连接，用于向所述发射光纤发送第一激光，所述第一激光包括多个不同波长的脉冲激光；

所述发射光纤包括附着光声转换材料的光栅，用于通过所述光声转换材料将射入的所述第一激光转化为超声波，以基于所述第一激光向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面；所述接收光纤用于接收所述待探测对象反射所述超声波后得到的超声回波；

所述检测超声装置与所述探头连接，用于向所述接收光纤发送第二激光，以使所述第二激光在所述超声回波的作用下反射为检测激光，所述检测超声装置还用于接收所述检测激光；

所述成像装置与所述检测超声装置连接，用于对所述检测激光进行处理成像。

在一个实施例中，所述发射光纤包括：

多个第一光栅，多个所述第一光栅以阵列形式排列，每个所述第一光栅表面附着有光声转换材料，所述光声转换材料用于将照射至所述第一光栅的所述第一激光转换为所述超声波；所述第一光栅的波长与所述脉冲激光的波长一一对应。

在一个实施例中，所述接收光纤包括：

多个第二光栅，多个所述第二光栅以阵列形式排列，所述第二光栅用于在所述超声回波的作用下发生几何形变，以使所述第二激光经过所述第二光栅反射得到所述检测激光；所述第二光栅与所述第一光栅一一对应。

在一个实施例中，所述发射光纤和所述接收光纤并行排列。

在一个实施例中，所述激发超声装置包括：多个脉冲激光器和光合束器，其中，

所述脉冲激光器用于产生所述脉冲激光，各所述脉冲激光器产生的脉冲激光的波长不同；

所述光合束器用于将各所述脉冲激光合束为所述第一激光。

在一个实施例中，所述检测超声装置包括：可调谐激光器、光分束器和光纤环形器，其中，

所述可调谐激光器用于发射连续探测激光；

所述光分束器用于将所述连续探测激光分成多束所述第二激光；

所述光纤环形器用于将所述第二激光输出至所述接收光纤，并用于将所述检测激光输出至所述成像装置。

在一个实施例中，所述成像装置包括：光电探测器、信号放大器、数据采集卡和计算机，其中，

所述光电探测器用于接收所述检测激光，并将所述检测激光的光信号转换成电信号；

所述信号放大器用于提高所述电信号的强度；

所述数据采集卡用于采集所述信号放大器输出的所述电信号，并将所述电信号量化成数字信号；

所述计算机用于接收所述数字信号，并对所述数字信号进行数据处理和超声成像。

在一个实施例中，所述第二光栅为光纤布拉格光栅。

在一个实施例中，所述光声转换材料为金属薄膜或超薄碳复合材料。

在一个实施例中，所述系统还包括驱动装置，所述驱动装置与所述探头连接，所述驱动装置用于控制所述探头移动。

上述超声成像系统包括：探头、激发超声装置、检测超声装置和成像装置，所述探头包括一根发射光纤以及一根接收光纤，其中，所述激发超声装置与所述探头连接，用于向所述发射光纤发送第一激光，所述第一激光包括多个不同波长的脉冲激光；所述发射光纤包括附着光声转换材料的光栅，用于通过所述光声转换材料将射入的所述第一激光转化为超声波，以基于所述第一激光向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面；所述接收光纤用于接收所述待探测对象反射所述超声波后得到的超声回波；所述检测超声装置与所述探头连接，用于向所述接收光纤发送第二激光，以使所述第二激光在所述超声回波的作用下反射为检测激光，所述检测超声装置还用于接收所述检测激光；所述成像装置与所述检测超声装置连接，用于对所述检测激光进行处理成像。本申请提供的超声成像系统，通过激发超声装置控制多个不同波长的脉冲激光组成的第一激光进入探头的发射光纤，通过发射光纤上附着光声转换材料的光栅，转换为不同聚焦范围的超声波阵面，增大了超声探测的角度和范围，使得探头内的接收光纤接收待探测对象反射超声波后得到超声回波，基于超声回波对第二激光相位或功率谱的改变，得到了检测激光，成像装置接收检测激光，得到沿着待探测对象深度方向的测量数据，根据沿待探测对象深度方向的测量数据生成待探测对象的图像，能够实现更高灵敏度、大角度的超声成像。

附图说明

图1为本申请一实施例中超声成像系统的结构示意图。

图2为本申请一实施例中超声成像系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

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。

如图1所示，本申请提供了一种超声成像系统10。超声成像系统10包括探头110、激发超声装置120、检测超声装置130和成像装置140。探头包括一根发射光纤150以及一根接收光纤160。其中，激发超声装置120与探头110连接，用于向发射光纤150发送第一激光，第一激光包括多个不同波长的脉冲激光。发射光纤150包括附着光声转换材料的光栅，用于通过光声转换材料将射入的第一激光转化为超声波，以基于第一激光向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面。接收光纤160用于接收待探测对象反射超声波后得到的超声回波。检测超声装置130与探头连接，用于向接收光纤160发送第二激光，以使第二激光在超声回波的作用下反射为检测激光。检测超声装置130还用于接收检测激光。成像装置140与检测超声装置130连接，用于对检测激光进行处理成像。

其中，待探测对象为需要进行超声成像的目标组织，例如生命体内的血管、支气管、食道、十二指肠、心腔等部位。探头110为一种超声扫描探头，探头110还可以包括壳体111，发射光纤150以及接收光纤160可以设置在壳体111内部。发射光纤150可以接收激发超声装置120发送的第一激光，接收光纤160可以接收检测超声装置130发送的多束第二激光。发射光纤150可以包括多个附着光声转换材料的光栅，第一激光照射在光栅上的光声转换材料，光声转换材料能够将光信号转换成超声波信号，从而将第一激光转换为超声波，多束第一激光转换的多个超声波组成超声波阵面。激发超声装置120可以通过调整发射光纤150中各光栅的间隔距离，以有效地控制发射光纤150发送的超声波阵面的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，进而向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面。待探测对象将超声波反射为超声回波，接收光纤160接收超声回波，接收光纤160从检测超声装置130接收的第二激光可以在超声回波的作用下改变相位或功率谱，得到反射回检测超声装置130的检测激光。成像装置140接收检测超声装置130发送的检测激光，并对检测光束进行测量，得到沿着待探测对象深度方向的测量数据，根据沿待探测对象深度方向的测量数据生成待探测对象的超声图像。

示例性的，探头110的直径可以为0.5mm～1.5mm，探头110的长度可以为0.2mm～10mm。具体的，探头110的直径可以是0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm或1.5mm，探头110的长度可以是0.2mm、1.2mm、2.2mm、3.2mm、4.2mm、5.2mm、6.2mm、7.2mm、8.2mm或9.2mm。探头110要在狭小的对象中穿行运动，要求小而短。因此，探头110直径过小，不利于内部结构的加工，过大则不利于在细小对象中移动和旋转，同时过大也容易增加制备材料，不利于降低成本，因此通过控制探头110的直径满足上述关系有利于探头110在狭小对象中的活动以获得更多的对象环境信息，同时也有利于控制成本；另一方面，探头110太短不利于制备，太长则无法通过弯曲结构的对象，容易损伤对象，因此通过控制探头110的长度满足上述关系有利于探头110在对象中的活动以获得更多的对象环境信息，便于成像。

本申请提供的超声成像系统10，通过激发超声装置120控制多个不同波长的脉冲激光组成的第一激光进入探头110的发射光纤150，通过发射光纤150上附着光声转换材料的光栅，转换为不同聚焦范围的超声波阵面，增大了超声探测的角度和范围，使得探头110内的接收光纤160接收待探测对象反射超声波后得到超声回波，基于超声回波对第二激光相位或功率谱的改变，得到了检测激光，成像装置140接收检测激光，得到沿着待探测对象深度方向的测量数据，根据沿待探测对象深度方向的测量数据生成待探测对象的图像，能够实现更高灵敏度、大角度的超声成像。

在一个实施例中，如图1所示，发射光纤150包括多个第一光栅151，多个第一光栅151以阵列形式排列。每个第一光栅151表面附着有光声转换材料。光声转换材料用于将照射至第一光栅的第一激光转换为所述超声波。第一光栅151的波长与脉冲激光的波长一一对应。

其中，发射光纤150上的每个第一光栅151都附着有光声转换材料，当第一激光照射进入发射光纤150中时，其中不同波长的脉冲激光可以进入到对应的第一光栅151。各脉冲激光在照射到波长相对应的第一光栅151时，光声转换材料能够将脉冲激光的光信号转换成超声波信号，从而将脉冲激光转换为超声波，以扫描待探测对象。发射光纤150内部被配置为激光通路，第一激光进入发射光纤150可通过光声效应转换为超声波并向外透射聚焦至待探测对象。

多个第一光栅151以阵列形式排列如图1所示，每两个第一光栅151之间具有一定间隔，依次排列为阵列形式。需要说明的是，本公开实施例中不对多个第一光栅151之间的间距做具体限定，每两个第一光栅151之间的间距可以相同也可以不同。由于多个第一光栅151以阵列形式排列，第一激光进入发射光纤150后，各脉冲激光到达对应的附着光声转换材料的第一光栅151的时间不同，也即可以通过调整发射光纤150的长度或调整各第一光栅151之间的间隔，来控制不同脉冲激光到达对应的第一光栅151的时间，以使发射光纤150发射的超声波阵面达到不同的聚焦范围。

传统的相控阵超声扫描采用的是压电晶体，基于电-声-电的能量转换过程，技术相对复杂，抗电磁干扰能力较差。本公开实施例，在探头110内设置呈发射光纤150，在发射光纤150内设置有以阵列形式排列的多个附着有光声转换材料的第一光栅151，实现侧向扫描方式的全光学超声成像技术，有较高的侧向分辨率和抗电磁干扰能力，且将全光学与相控阵技术相结合，使得超声成像系统10具有更好的分辨率和抗电磁干扰能力。

在一个实施例中，如图1所示，接收光纤160包括多个第二光栅161。多个第二光栅161以阵列形式排列。第二光栅161用于在超声回波的作用下发生几何形变，以使第二激光经过第二光栅161反射得到检测激光；第二光栅与第一光栅一一对应。

示例性的，第二光栅161可以为π相移光纤布拉格光栅(π-FBG，π-Fiber BraggGrating)，作为光学传感器，能够通过自身的几何形变使得检测激光的反射光谱发生改变，从而达到探测待探测对象的作用。待探测对象反射回的超声回波打到第二光栅161，使第二光栅161发生几何形变，第二激光通过接收光纤160照射在第二光栅161，并被第二光栅161反射为检测激光，检测激光相比于第二激光，其相位或功率谱发生变化，检测激光会以激光的形式通过接收光纤160以无损传输的方式传输到检测超声装置130，进而传输到成像装置140，使得成像装置140接收到检测激光在第二光栅161上响应到的传感信息。第二光栅161的数量与第一光栅151的数量可以相同。每个第一光栅151可以对应一个第二光栅161。

多个第二光栅161以阵列形式排列如图1所示，每两个第二光栅161之间具有一定间隔，依次排列为阵列形式。需要说明的是，本公开实施例中不对多个第二光栅161之间的间距做具体限定，每两个第二光栅161之间的间距可以相同也可以不同。

本公开实施例，通过发射光纤150上的多个第一光栅151以及接收光纤160上多个第二光栅161的构成相控阵，第一光栅151负责发射超声波，且每个第一光栅151的启用能够根据各第一光栅151的间隔或发射光纤151的长度，按照一定的规则和时序控制，从而调节控制焦点位置和聚焦的方向形成聚焦声场，也即不同聚焦范围的超声波阵面。第二光栅161负责接收对应的第一光栅151发送的超声波被待探测对象反射回的超声回波，并传递给检测超声装置130。相比于传统技术中基于电-声-电的能量转换过程的压电晶体，本申请实施例将全光学与相控阵技术相结合，使得超声成像系统10具有更好的分辨率和抗电磁干扰能力。

在一个实施例中，发射光纤150和接收光纤160并行排列。

示例性的，发射光纤150和接收光纤160在探头110内并行排列，发射光纤150中的每个第一光栅151，可以在接收光纤160中具有一个对应的第二光栅161。在探头110介入待探测对象中时，第一光栅151可以通过探头110侧壁发射超声波至待探测对象的预设定区域，反射回的超声波被对应的第二光栅161接收。通过旋转探头110，可以使得第一光栅151发射超声波至待探测对象内不同的区域，并被对应的第二光栅161接收反射回的超声回波，完成不同区域的超声探测。

本公开实施例，在探头110内设置两根并行排列的发射光纤150和接收光纤160，可以使得探头110实现侧向扫描方式的全光学超声成像技术，有较高的侧向分辨率和抗电磁干扰能力。

在一个实施例中，如图2所示，激发超声装置120包括多个脉冲激光器124和光合束器123。其中，脉冲激光器124用于产生脉冲激光，各脉冲激光器产生的脉冲激光的波长不同。光合束器123用于将各脉冲激光合束为第一激光。

具体的，脉冲激光器124发射脉冲激光，光合束器123用于将各个脉冲激光器124发射的脉冲激光合束第一激光，且每束脉冲激光在第一激光中具有原始的脉冲激光的特性。第一光栅151的波长与脉冲激光的波长一一对应，当第一激光照射进入发射光纤150中时，其中不同波长的脉冲激光可以进入到对应的第一光栅151。各脉冲激光在照射到波长相对应的第一光栅151时，光声转换材料能够将脉冲激光的光信号转换成超声波信号，从而将脉冲激光转换为超声波，由于多个第一光栅151以阵列形式排列，各脉冲激光到达对应的附着光声转换材料的第一光栅151的时间不同，也即可以通过调整发射光纤150的长度或调整各第一光栅151之间的间隔，来控制不同脉冲激光到达对应的第一光栅151的时间，以使发射光纤150发射的超声波阵面达到不同的聚焦范围。。

示例性的，激发超声装置120还可以包括第一光纤耦合器121和光纤放大器122。第一光纤耦合器121与光纤放大器122和发射光纤150连接。第一光纤耦合器121用于将第一激光耦合进入发射光纤150。第一光纤耦合器121是一种用于实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件。脉冲激光器124可以为低功率脉冲激光种子源，多个不同波长的低功率脉冲激光种子源可以组成一个阵列，各个低功率脉冲激光种子源发射的脉冲激光可以经过光合束器123合束以后，经过一个宽带的光纤放大器122得到高功率脉冲，也即第一激光。

当进行超声检查时，可将探头110介入待探测对象中。各脉冲激光器124发射脉冲激光，依次经过光合束器123、光纤放大器122将第一激光通过第一光纤耦合器121耦合到发射光纤150中，第一激光中的各脉冲激光照射到对应波长的第一光栅151中，以逐次控制各个第一光栅151的启动。第一激光照射到第一光栅151上的光声转换材料表面，光声转换材料可以是纳米尺度的金属薄膜或超薄碳复合材料，光声转换材料将光能转换为声能，通过光声效应高效地将其能量转换为超声波并将超声波段投射聚焦至待探测对象内的预设区域，例如，可向待探测对象或待探测对象内的其他对象投射，预设区域反射的超声回波打到接收光纤160上对应的第二光栅161，使第二光栅161发生形变，进而打到第二光栅161上的第二激光被反射为检测激光，从而被检测超声装置130检测到，随后传入成像装置140。

本公开实施例，通过使用多个脉冲激光器产生多个波长不同的脉冲激光，使得第一激光进入发射光纤150后各脉冲激光以一定的时间间隔照射到对应的第一光栅151，脉冲激光激励第一光栅151上的光声转换材料表面，使得脉冲激光在光声转换材料的表面产生超声波，能有效地控制向待探测对象发射的超声波阵面的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，实现更高发射带宽、更高灵敏度且能实现大角度的超声成像，同时采用全光学超声成像结构，使得超声成像系统10具有高分辨率、大探测深度、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。

在一个实施例中，如图2所示，检测超声装置130包括可调谐激光器135、光分束器133和光纤环形器131。其中，可调谐激光器135用于发射连续探测激光。光分束器133用于将连续探测激光分成多束第二激光。光纤环形器131用于将第二激光输出至接收光纤160，并用于将检测激光输出至成像装置140。

具体的，可调谐激光器135可以发射可变波长或频率的激连续探测激光。光分束器133用于将单个连续探测激光分成多束第二激光，且每束第二激光具有原始的连续探测激光的特性。光纤环形器131可以实现单根光纤上的双向光信号传输。光纤环形器131的1-2端可以将第二激光输出到接收光纤160的第二光栅161中。光纤环形器131的2-3端可以以无损传输的方式将第二光栅161反射回的检测激光传输到成像装置140中。

本申请实施例中，检测超声装置130还可以包括第二光纤耦合器132和光束整形系统134。第二光纤耦合器132与光分束器133和光纤环形器131连接，用于将第二激光耦合进入光纤环形器131。具体的，第二光纤耦合器132是一种用于实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件。光束整形系统134用于改变光束能量的空间分布。

示例性的，由可调谐激光器135发射连续探测激光束，依次经过光束整形系统134、光分束器133、再通过第二光纤耦合器132耦合进入光纤环形器131的光纤中。光纤通过光纤环形器131的1-2端将第二激光输出到接收光纤160的第二光栅161中。第二光栅161作为一个光学传感器，其反射光谱会将响应到的传感信息以激光的形式通过接收光纤160、光纤环形器131的2-3端可以以无损传输的方式传输到成像装置140中。

本公开实施例中，通过检测超声装置130与接收光纤160、成像装置140等设计，实现一种全光学超声成像，具有高分辨率、大探测深度、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，解决了传统技术中基于压电超声换能器在腔内成像的缺点，即超声检测灵敏度低、受电磁干扰影响大、阻抗难以匹配、信号衰减大等问题。

在一个实施例中，如图2所示，成像装置140包括光电探测器141、信号放大器142、数据采集卡143和计算机144。其中，光电探测器141用于接收检测激光，并将检测激光的光信号转换成电信号。信号放大器142用于提高电信号的强度。数据采集卡143用于采集信号放大器142输出的电信号，并将电信号量化成数字信号。计算机144用于接收数字信号，并对数字信号进行数据处理和超声成像。

具体的，成像装置140用于利用光电探测器141的输出数据进行数据处理和成像。信号放大器142用于提高电信号的强度，增加成像装置140的通信能力。数据采集卡143用于对信号放大器142输出的模拟电信号进行采集、量化成数字信号，并将其导入计算机144。计算机144用于进行后续的数字信号处理，并进行二维、三维的成像。

本公开实施例中，通过成像装置140对检测超声装置130传输的检测激光进行处理和成像，实现一种全光学超声成像，具有高分辨率、大探测深度、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。

在一个实施例中，第二光栅161为光纤布拉格光栅。

需要说明的是，第二光栅161可以选用多种形式，只要能作为一种光学传感器接收超声回波即可。以第二光栅161为光纤布拉格光栅为例，光纤布拉格光栅利用了光纤材料的光敏性，是一种通过紫外曝光的方式沿芯径轴向形成永久性的折射率周期性变化的光栅器件，其实质是在芯径内形成一个窄带的反射式光学滤波器。光纤光栅的传感过程是通过外界参量(如应力、温度等)对其波长的调制来获取传感信息，因此，光纤光栅是一种波长调制型光纤传感器。当超声回波作用于光纤布拉格光栅时，通过几何形变效应改变光栅周期，通过弹光效应改变有效折射率，最终导致布拉格波长的漂移。可以利用布拉格波长的漂移量解调出作用在第二光栅161上的超声回波声压。布拉格光纤光栅中使用最多的是π-FBG，π-FBG传感器的有效光栅长度比其光栅长度短得多，从而可以更好地响应大带宽超声波，此外，由于基于激光源解调系统的灵敏度与π-FBG反射光谱的斜率正相关，因此π-FBG在布拉格波长波峰区域中的陡斜率有效地提高了传感器系统的灵敏度，从而提升整个超声成像系统10的灵敏度。

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π-FBG的影响极其微弱，故可以消除电磁干扰。另一方面，π-FBG的单位面积灵敏度高于压电换能器，例如，具有1mm的直径的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π-FBG传感器可提供100Pa等效压力，传感面积仅为0.13×0.27m²。

本公开实施例中，通过使用光纤布拉格光栅作为第二光栅161，提高了超声成像系统10的灵敏度和抗电磁干扰能力。

在一个实施例中，光声转换材料为金属薄膜或超薄碳复合材料。

具体的，第一光栅151附着的光声转换材料可以包括金属薄膜或超薄碳复合材料，且金属薄膜和超薄碳复合材料优选处于纳米尺寸量级。

本公开实施例中，由于通过光学的方式产生的超声波比电学方式产生的超声带宽更宽，因此通过在超声成像系统10中设置光声转换材料，能够实现更高发射带宽的超声成像，提高超声成像的灵敏度。

在一个实施例中，超声成像系统10还包括驱动装置。驱动装置与探头110连接，驱动装置用于控制探头110移动。

示例性的，在内窥超声成像中，内窥探头一般分为机械旋转型和相控阵两种，探头110的类型可以为相控阵型，驱动装置可控制探头110的移进和回撤。进一步地，驱动装置驱动探头110的移动速度可以为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。

本公开实施例，通过驱动装置控制探头110的移进和回撤，保证了所成超声图像的图像品质并节约成像时间。

为了便于进一步理解，本申请在此提供一种完整实施例。本申请实施例提供的超声成像系统10，结合了相控阵和全光学技术，是一种全光学超声相控阵成像系统。该超声成像系统10包括探头110、激发超声装置120、检测超声装置130和成像装置140。其中，探头110包括壳体112和一根发射光纤150以及一根接收光纤160，发射光纤150负责发送超声，接收光纤160负责接收超声。激发超声装置120通过多个脉冲激光器124产生多个波长不同的脉冲激光，各脉冲激光经过光合束器123、光纤放大器122后合束为第一激光，第一激光经过第一光纤耦合器121进入发射光纤150中，第一激光中的各脉冲激光照射到对应波长的第一光栅151，以激励光声转换材料表面，使得脉冲激光在光声转换材料的表面产生超声波，超声波照射目标物体后产生超声回波。由于各第一光栅151在发射光纤150中以阵列形式排列，可以通过调节各第一光栅151间的间隔或发射光纤150的长度来达到以一定时序控制各第一光栅151开启的目的，实现不同聚焦范围的超声波阵面，增大了超声探测的角度和范围。检测超声装置130基于超声回波对接收光纤160上第二光栅161的改变，使得第二激光相位或功率谱发生改变，得到检测激光，进而将此变化通过光电探测器141转变为电信号，放大后传入数据采集卡143，最后传给计算机144进行超声成像。本申请实施例提供了一种微型化、全光学的超声成像方式，具有高带宽和高检测灵敏度，允许对软组织进行高分辨率脉冲回波超声成像，对超声成像领域意义深远。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，随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)

1.一种超声成像系统，其特征在于，所述系统包括：探头、激发超声装置、检测超声装置和成像装置，所述探头包括一根发射光纤以及一根接收光纤，其中，

所述激发超声装置与所述探头连接，用于向所述发射光纤发送第一激光，所述第一激光包括多个不同波长的脉冲激光；

所述发射光纤包括附着光声转换材料的光栅，用于通过所述光声转换材料将射入的所述第一激光转化为超声波，以基于所述第一激光向待探测对象发送不同聚焦范围的超声波阵面；所述接收光纤用于接收所述待探测对象反射所述超声波后得到的超声回波；

所述检测超声装置与所述探头连接，用于向所述接收光纤发送第二激光，以使所述第二激光在所述超声回波的作用下反射为检测激光，所述检测超声装置还用于接收所述检测激光；

所述成像装置与所述检测超声装置连接，用于对所述检测激光进行处理成像。

2.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述发射光纤包括：

多个第一光栅，多个所述第一光栅以阵列形式排列，每个所述第一光栅表面附着有光声转换材料，所述光声转换材料用于将照射至所述第一光栅的所述第一激光转换为所述超声波；所述第一光栅的波长与所述脉冲激光的波长一一对应。

3.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述接收光纤包括：

多个第二光栅，多个所述第二光栅以阵列形式排列，所述第二光栅用于在所述超声回波的作用下发生几何形变，以使所述第二激光经过所述第二光栅反射得到所述检测激光；所述第二光栅与所述第一光栅一一对应。

4.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述发射光纤和所述接收光纤并行排列。

5.如权利要求2所述的超声成像系统，其特征在于，所述激发超声装置包括：多个脉冲激光器和光合束器，其中，

所述脉冲激光器用于产生所述脉冲激光，各所述脉冲激光器产生的脉冲激光的波长不同；

所述光合束器用于将各所述脉冲激光合束为所述第一激光。

6.如权利要求3所述的超声成像系统，其特征在于，所述检测超声装置包括：可调谐激光器、光分束器和光纤环形器，其中，

所述可调谐激光器用于发射连续探测激光；

所述光分束器用于将所述连续探测激光分成多束所述第二激光；

所述光纤环形器用于将所述第二激光输出至所述接收光纤，并用于将所述检测激光输出至所述成像装置。

7.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述成像装置包括：光电探测器、信号放大器、数据采集卡和计算机，其中，

所述光电探测器用于接收所述检测激光，并将所述检测激光的光信号转换成电信号；

所述信号放大器用于提高所述电信号的强度；

所述数据采集卡用于采集所述信号放大器输出的所述电信号，并将所述电信号量化成数字信号；

所述计算机用于接收所述数字信号，并对所述数字信号进行数据处理和超声成像。

8.如权利要求3所述的超声成像系统，其特征在于，所述第二光栅为光纤布拉格光栅。

9.如权利要求2所述的超声成像系统，其特征在于，所述光声转换材料为金属薄膜或超薄碳复合材料。

10.如权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述系统还包括驱动装置，所述驱动装置与所述探头连接，所述驱动装置用于控制所述探头移动。

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