CN219645694U - 一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 - Google Patents
一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219645694U CN219645694U CN202223583641.3U CN202223583641U CN219645694U CN 219645694 U CN219645694 U CN 219645694U CN 202223583641 U CN202223583641 U CN 202223583641U CN 219645694 U CN219645694 U CN 219645694U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pulse laser
- optical fiber
- optical system
- photoacoustic imaging
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 56
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000010895 photoacoustic effect Methods 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本申请涉及光声成像的技术领域，公开了一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统。在该光声成像系统中，长脉冲激光器发射长脉冲激光，长脉冲激光通过第一多模光纤进入第一光学系统，随后长脉冲激光聚焦至组织表面，激发组织表面产生光声信号；短脉冲激光器发射短脉冲激光，短脉冲激光通过第二多模光纤进入第二光学系统，随后通过单模光纤进入第一光学系统，随后短脉冲激光聚焦至组织表面，并二次激发组织表面产生较强光声信号。本申请中的光声成像系统可在不需要较高激光耦合效率的条件下，实现较强的超声波信号。
Description
技术领域
本申请涉及光声成像的技术领域，尤其是涉及一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统。
背景技术
光声成像技术是现代医学影像领域的新兴技术，将光学成像高横向分辨率和超声波深度成像的特点巧妙结合，相比传统的生物医学成像技术，实现深部组织的高分辨率、无损、可选择的组织成像。其中光声内窥成像主要用于消化道、血管等人体内部脏器组织，是一种介入人体的成像方式，其对光源、超声换能器等设备的高精度、稳定性、安全性有更高要求。激光拥有高亮度、单色性好、时空可控性好等优势，是光声内窥成像系统的核心设备。
目前，光声成像系统大部分采用脉冲激光作为单一光源，且光学元件尺寸小、精度高，经过复杂光路和光纤长距离传输后的耦合效率低，导致激光能量衰减严重，最终作用到人体组织表面的激光能量较低，激发的超声信号较弱，成像速度慢，效率低。因此，光声成像系统还有待优化，使其可在不需要较高激光耦合效率的条件下，实现较强的超声波信号。
实用新型内容
本申请所要解决的技术问题是优化光声成像系统，使其可在不需要较高激光耦合效率的条件下，实现较强的超声波信号。
为了解决上述问题，本申请提供了一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，包括长脉冲激光器、短脉冲激光器、第一多模光纤、第二多模光纤、单模光纤、第一光学系统及第二光学系统；所述长脉冲激光器通过所述第一多模光纤光耦合至所述第一光学系统，所述短脉冲激光器通过所述第二多模光纤光耦合至所述第二光学系统，所述第二光学系统通过所述单模光纤光耦合至所述第一光学系统。
优选的，所述第一光学系统包括依次设置的格林透镜、反射棱镜和聚焦透镜，所述格林透镜与所述第一多模光纤光耦合，所述聚焦透镜与所述单模光纤光耦合。
优选的，所述第二光学系统包括依次设置的扩束透镜组和耦合透镜，所述扩束透镜组与所述单模光纤光耦合。
优选的，所述长脉冲激光器为近红外波段激光器。
优选的，所述单模光纤的纤芯直径1-50μm。
优选的，所述小光斑的光斑直径为1-10μm。
与现有技术相比，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
长脉冲激光器用于发射长脉冲激光，长脉冲激光通过第一多模光纤进入第一光学系统；在第一光学系统中，长脉冲激光依次经过格林透镜透射、反射棱镜反射及聚焦透镜透射；随后长脉冲激光聚焦至组织表面，激发人体组织表面产生光声信号。短脉冲激光器用于发射短脉冲激光，短脉冲激光通过第二多模光纤连接第二光学系统，随后通过单模光纤进入第一光学系统；在第二光学系统中，短脉冲激光由第二多模光纤发出后，依次经过扩束透镜组及耦合透镜，随后耦合至单模光纤；在第一光学系统中，短脉冲激光依次经过格林透镜透射、反射棱镜反射及聚焦透镜透射；随后短脉冲激光聚焦至人体组织表面，并二次激发组织表面产生较强光声信号。因此，长脉冲激光与短脉冲激光共同作用到人体组织表面，该光声成像系统可在不需要较高的激光耦合效率条件下，实现较强的超声波信号。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请中高效率光声成像系统的整体结构示意图。
图2为图1中A部分的放大图。
图3为图1中B部分的放大图。
附图标记说明：1、长脉冲激光器；2、第一多模光纤；3、第一光学系统；4、格林透镜；5、反射棱镜；6、聚焦透镜；7、短脉冲激光器；8、第二多模光纤；9、第二光学系统；10、单模光纤；11、超声换能器；12、人体组织；13、激光平台；14、第一扩束透镜；15、第二扩束透镜；16、耦合透镜；17、大光斑；18、小光斑。
具体实施方式
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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
参照图1，本申请实施例提供了一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，该光声成像系统包括长脉冲激光器1、短脉冲激光器7、第一多模光纤2、第二多模光纤8、单模光纤10、第一光学系统3及第二光学系统9。其中，第一多模光纤2用于连接长脉冲激光器1与第一光学系统3，长脉冲激光器1设于第一光学系统3的上游；同时，第二多模光纤8用于连接短脉冲激光器7与第二光学系统9，单模光纤10用于连接第二光学系统9与第一光学系统3，短脉冲激光器7设于第二光学系统9的上游，第二光学系统9设于第一光学系统3的上游。该光声成像系统通过长脉冲激光器1协同短脉冲激光器7，以及第一多模光纤2、第二多模光纤8和单模光纤10，实现高效率的光声成像。在本实施例中，该光声成像系统应用于人体组织12成像。
具体的，第一光学系统3包括格林透镜4、反射棱镜5和聚焦透镜6。其中，格林透镜4及反射棱镜5位于第一光学系统3内部，聚焦透镜6设于第一光学系统3的外壁上，格林透镜4设于反射棱镜5上游，聚焦透镜6设于反射棱镜5下游；格林透镜4与反射棱镜5之间通过第一多模光纤2连接，同时格林透镜4与反射棱镜5之间通过单模光纤8连接，以实现长脉冲激光器1与短脉冲激光器7的协同作用。
参照图2，第二光学系统9包括第一扩束透镜14、第二扩束透镜15和耦合透镜16。其中第一扩束透镜14及第二扩束透镜15设于耦合透镜16上游。
参照图1和图3，长脉冲激光器1用于发射长脉冲激光，长脉冲激光通过第一多模光纤2进入第一光学系统3；在第一光学系统3中，长脉冲激光依次经过格林透镜4透射、反射棱镜5反射及聚焦透镜6透射；随后长脉冲激光聚焦至组织表面并形成大光斑17，大光斑17激发人体组织12表面产生微弱光声信号。短脉冲激光器7用于发射短脉冲激光，短脉冲激光通过第二多模光纤8进入第二光学系统9进行光束整形；在第二光学系统9中，短脉冲激光由第二多模光纤8发出后，依次经过第一扩束透镜14、第二扩束透镜15及耦合透镜16，随后耦合至单模光纤10；短脉冲激光通过单模光纤10进入第一光学系统3进行透射及反射；在第一光学系统3中，短脉冲激光依次经过格林透镜4透射、反射棱镜5反射及聚焦透镜6透射；随后短脉冲激光聚焦至人体组织12表面并形成小光斑18，小光斑18朝向大光斑17的方向移动，并二次激发组织表面产生较强光声信号。因此，长脉冲激光与短脉冲激光共同作用到人体组织12表面，该光声成像系统可在不需要较高的激光耦合效率条件下，实现较强的超声波信号。
在本实施例中，长脉冲激光器1、短脉冲激光器7包括但不限于固态激光器、直接二极管激光器、光子晶体激光器、半导体激光器、气体激光器、化学激光器、准分子激光器等；在其他实施例中，长脉冲激光器1还可替换为连续激光器。进一步的，长脉冲激光为近红外波段，第一多模光纤2及第二多模光纤8的纤芯直径为10-1000μm，长度为1-10m，大光斑17的光斑直径为0.1-10mm，微弱光声信号强度为1-30dB；短脉冲激光的波长不限，脉宽为0.1-1ms，能量为0.001-1J，重复频率为10-100kHz，单模光纤10的纤芯直径1-50μm，长度为1-10m，小光斑18的光斑直径为1-10μm，较强光声信号强度为50-100dB。
由于光声成像的原理基于光声效应，即将激光作用于人体组织12表面，使局部组织温度升高，发生热膨胀，激发超声波，而人体组织12表面包括黑色素、血红蛋白、脂质、水和葡萄糖等，均能被近红外的光谱吸收。其中人体大量存在的脂质、水和葡萄糖对近红外波长吸收系数高，使用近红外连续脉冲激光器或长脉冲激光器1，其产生的光斑大，与物质作用热效应显著，通过大孔径的第一多模光纤2传输到第一光学系统3，并经过聚焦透镜6，预先作用于人体组织12表面，使人体组织12提前升温，产生微弱的超声信号。短脉冲激光紧随其后，向大光斑17的同一方向移动(如图3箭头所示)，利用其小光斑18、脉冲短、能量密度高的特点，作用于人体组织12表面，一方面可以提高成像的横向分辨率，另一方面基于前期产生的热膨胀，人体组织12再吸收短脉冲激光的能量，再次热膨胀，二次激发人体组织12产生超声波。
本申请结合连续脉冲或长脉冲激光、短脉冲激光的特点，并结合光声成像的原理，针对现有光声成像系统中大部分采用脉冲激光作为单一光源，脉冲激光经过复杂光路和光纤长距离传输后，激光能量衰减严重，以致最终传输到人体组织12表面的能量较低，激发的超声信号较弱、成像速度慢、效率低等缺点，使用不同的脉冲激光在极短时间二次诱导人体组织12产生超声波，以达到增强超声信号的有益效果。若仅使用单一光源，盲目提高能量，极大可能对光纤、透镜、激光器等设备造成破坏，维修及更换成本较高，且光声成像系统不稳定。本申请中使用的连续激光器或长脉冲激光器1成本较低，搭配短脉冲激光器7使用，该光声成像系统更加稳定。
本申请实施例一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统的实施原理为：该光声成像系统包括长脉冲激光器1、短脉冲激光器7、第一多模光纤2、第二多模光纤8、单模光纤10、第一光学系统3及第二光学系统9。长脉冲激光器1用于发射长脉冲激光，长脉冲激光通过第一多模光纤2进入第一光学系统3；在第一光学系统3中，长脉冲激光依次经过格林透镜4透射、反射棱镜5反射及聚焦透镜6透射；随后长脉冲激光聚焦至组织表面并形成大光斑17，大光斑17激发人体组织12表面产生微弱光声信号。短脉冲激光器7用于发射短脉冲激光，短脉冲激光通过第二多模光纤8进入第二光学系统9进行光束整形；在第二光学系统9中，短脉冲激光由第二多模光纤8发出后，依次经过第一扩束透镜14、第二扩束透镜15及耦合透镜16，随后耦合至单模光纤10；短脉冲激光通过单模光纤10进入第一光学系统3进行透射及反射；在第一光学系统3中，短脉冲激光依次经过格林透镜4透射、反射棱镜5反射及聚焦透镜6透射；随后短脉冲激光聚焦至人体组织12表面并形成小光斑18，小光斑18朝向大光斑17的方向移动，并二次激发组织表面产生较强光声信号。因此，长脉冲激光与短脉冲激光共同作用到人体组织12表面，该光声成像系统可在不需要较高的激光耦合效率条件下，实现较强的超声波信号。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，其特征在于：包括长脉冲激光器、短脉冲激光器、第一多模光纤、第二多模光纤、单模光纤、第一光学系统及第二光学系统；
所述长脉冲激光器通过所述第一多模光纤光耦合至所述第一光学系统，所述短脉冲激光器通过所述第二多模光纤光耦合至所述第二光学系统，所述第二光学系统通过所述单模光纤光耦合至所述第一光学系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，其特征在于，所述第一光学系统包括依次设置的格林透镜、反射棱镜和聚焦透镜，所述格林透镜与所述第一多模光纤光耦合，所述聚焦透镜与所述单模光纤光耦合。
3.根据权利要求1所述的一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，其特征在于，所述第二光学系统包括依次设置的扩束透镜组和耦合透镜，所述扩束透镜组与所述单模光纤光耦合。
4.根据权利要求1所述的一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，其特征在于，所述长脉冲激光器为近红外波段激光器。
5.根据权利要求1所述的一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统，其特征在于，所述单模光纤的纤芯直径1-50μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223583641.3U CN219645694U (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223583641.3U CN219645694U (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219645694U true CN219645694U (zh) | 2023-09-08 |
Family
ID=87878434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202223583641.3U Active CN219645694U (zh) | 2022-12-30 | 2022-12-30 | 一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219645694U (zh) |
-
2022
- 2022-12-30 CN CN202223583641.3U patent/CN219645694U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4829529A (en) | Laser diode pumped fiber lasers with pump cavity | |
| Scott et al. | Thulium fiber laser ablation of urinary stones through small-core optical fibers | |
| EP1935068B1 (en) | Optical fibre laser | |
| WO2012147325A1 (ja) | 光音響計測装置およびそれに用いられるプローブユニット並びに内視鏡 | |
| CN101584093B (zh) | 耐反射光性优异的光纤激光器 | |
| WO2012147326A1 (ja) | 光音響計測装置およびそれに用いられるプローブユニット | |
| DE60032637D1 (de) | Medizinisches diodenlasersystem mit zwei wellenlängen | |
| JPH02116384A (ja) | レーザカテーテル | |
| KR100356633B1 (ko) | 2 이상의 파장 성분을 포함하는 레이저 빔을 방출할 수 있는 섬유 레이저를 채용하는 레이저 조사 장치 | |
| JPH06261910A (ja) | 内部反射プローブを有する医療レーザの導光装置 | |
| JPS60115274A (ja) | フアイバ光学装置 | |
| US20090105696A1 (en) | Nd:yag laser for removing fatty tissue | |
| AU2009330031A1 (en) | Sapphire-based delivery tip for optic fiber | |
| WO2005096460A1 (ja) | 光増幅ファイバ及びそれを用いた光増幅方法，レーザ発振方法，レーザ増幅装置及びレーザ発振装置並びにレーザ発振装置を用いたレーザ装置及びレーザ加工機 | |
| CN219645694U (zh) | 一种基于多脉宽激光的高效率光声成像系统 | |
| KR101357719B1 (ko) | 고출력 광섬유 펄스 레이저 장치 | |
| JP2016507892A (ja) | 光の波長放出を狭幅化するためのシステムおよび方法 | |
| Esterowitz et al. | Rare earth doped IR fiber lasers for medical applications | |
| CN115463816B (zh) | 一种光纤超声发射装置及制备方法 | |
| KR100798636B1 (ko) | 지방 제거용 Ｎｄ:ＹＡＰ 레이저 장치 | |
| CN2704144Y (zh) | 结合多个激光束的激光系统 | |
| TW201317644A (zh) | 雷射裝置 | |
| JPH11121836A (ja) | レーザ装置 | |
| KR20210102794A (ko) | 실리콘 오일을 이용한 광음향 현미경 시스템 | |
| JP2003086868A (ja) | 光ファイバレーザ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |