一种提高超声调制光成像深度的装置及方法与流程

本发明涉及一种提高超声调制光成像深度的装置及方法。

背景技术：

在超声调制光成像技术中，超声的作用引起介质的折射率与散射粒子的间距随超声周期变化，导致进入超声作用区的光波的相位被超声调制，进而引起从介质出射的光强度以超声的频率为频率周期变化。从超声作用区出射的光波通常被称为超声调制光。超声调制光携带超声作用区介质的光学性质，因此可利用超声调制光成像介质。然而，由于光散射、吸收，从光散射介质如人体组织中出射的超声调制光不仅微弱而且信噪比低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高超声调制光成像深度的装置及方法，可有效提高信噪比、超声调制光的强度，从而提高超声调制光成像的深度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种提高超声调制光成像深度的装置，包括激光、两个反射镜、两个半透半反射镜、装有光散射溶液的玻璃容器、圆孔、光电倍增管、超声换能器及超声换能器驱动器、前置放大器和数字示波器，所述超声换能器设于玻璃容器内的一端，在玻璃容器内与超声换能器相对的另一端放置有吸收声波的材料；超声换能器驱动器输出正弦电信号激发超声换能器产生的超声波在玻璃容器的光散射溶液中传输；激光通过第一半透半反射镜后分为两束光，一束为信号光，另一束为参考光；信号光入射玻璃容器的光散射溶液后被超声调制为超声调制光；参考光经第一反射镜、第二反射镜后与从光散射溶液出射的超声调制光相干叠加，并通过第二半透半反射镜、圆孔被光电倍增管接收转换为电信号，经前置放大器放大后由数字示波器采集；同时数字示波器还采集超声换能器驱动器输出的正弦电信号，并被设置为参考电信号；数字示波器通过对采集信号进行处理，实现高深度的超声调制光成像。

在本发明一实施例中，所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高信噪比。

在本发明一实施例中，所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高信号光的强度。

在本发明一实施例中，所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高成像深度。

本发明还提供了一种基于上述所述的装置的提高超声调制光成像深度的方法，

激光通过第一半透半反射镜后分为信号光和参考光，其中，参考光可写为：

E1＝A1e xp j(ωt)

其中，E1为参考光的电场，A1为参考光电场的振幅，ω为参考光的角频率；

由于所述装置中，仅仅弹道光及一些散射次数少的散射光被光电倍增管收集，因此超声调制光可写为：

E0＝A0e xp j[ωt+klM sin(ωμt)]

其中，E0为被收集的超声调制光的电场，A0为被收集的超声调制光电场的振幅，k为光波在介质中的波矢，l为声光作用的长度，M为超声调制参数，ωμ为超声波的角频率；

那么参考光与超声调制光相干叠加的强度为：

其中，Jn表示第n级贝赛尔函数；

由上式可知，收集到的周期性变化的调制光强度的振幅正比于A0与A1的乘积；因此，采用所述装置可以提高信噪比、超声调制光的强度。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明可有效提高信噪比、超声调制光的强度，从而提高超声调制光成像的深度。

附图说明

图1为本发明一种提高超声调制光成像深度的装置结构原理示意图。

图2为激发超声换能的电信号和超声调制的光信号的波形图。

图中：L-激光，R-反射镜，S-半透半反射镜，T-玻璃容器，F-圆孔；P-光电倍增管，U-超声换能器及超声换能器驱动器，A-前置放大器，O-数字示波器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明提供了一种提高超声调制光成像深度的装置，包括激光、两个反射镜、两个半透半反射镜、装有光散射溶液的玻璃容器、圆孔、光电倍增管、超声换能器及超声换能器驱动器、前置放大器和数字示波器，所述超声换能器设于玻璃容器内的一端，在玻璃容器内与超声换能器相对的另一端放置有吸收声波的材料；超声换能器驱动器输出正弦电信号激发超声换能器产生的超声波在玻璃容器的光散射溶液中传输；激光通过第一半透半反射镜后分为两束光，一束为信号光，另一束为参考光；信号光入射玻璃容器的光散射溶液后被超声调制为超声调制光；参考光经第一反射镜、第二反射镜后与从光散射溶液出射的超声调制光相干叠加，并通过第二半透半反射镜、圆孔被光电倍增管接收转换为电信号，经前置放大器放大后由数字示波器采集；同时数字示波器还采集超声换能器驱动器输出的正弦电信号，并被设置为参考电信号；数字示波器通过对采集信号进行处理，实现高深度的超声调制光成像。

所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高信噪比。所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高信号光的强度。所述超声调制光与参考光的相干叠加能够提高成像深度。

本发明还提供了一种基于上述所述的装置的提高超声调制光成像深度的方法，

激光通过第一半透半反射镜后分为信号光和参考光，其中，参考光可写为：

E1＝A1e xp j(ωt)

其中，E1为参考光的电场，A1为参考光电场的振幅，ω为参考光的角频率；

由于所述装置中，仅仅弹道光及一些散射次数少的散射光被光电倍增管收集，因此超声调制光可写为：

E0＝A0e xp j[ωt+klM sin(ωμt)]

其中，E0为被收集的超声调制光的电场，A0为被收集的超声调制光电场的振幅，k为光波在介质中的波矢，l为声光作用的长度，M为超声调制参数，ωμ为超声波的角频率；

那么参考光与超声调制光相干叠加的强度为：

其中，Jn表示第n级贝赛尔函数；

由上式可知，收集到的周期性变化的调制光强度的振幅正比于A0与A1的乘积；因此，采用所述装置可以提高信噪比、超声调制光的强度。

调制光信号的波形如图2所示，其中波动大的为激发超声换能的电信号，波动小的为超声调制的光信号。

以下为本发明的具体实施实例。

实施例1

选择圆孔的直径约为1mm，光电倍增管入射窗的直径为1mm，两者的间距为50cm，激光的功率为5mw，超声波的频率为1MHz，超声束的直径为2cm，容器沿X、Y、Z轴方向的尺寸分别为7.0、9.0、5.0cm，溶液由270ml的蒸馏水与10ml脂肪乳剂混合而成。在有参考光的情况下，测量得到的超声调制光的振幅为423mv；在没有参考光的情况下，测量得到的超声调制光的振幅为24mv。

实施例2

选择圆孔的直径约为1mm，光电倍增管入射窗的直径为1mm，两者的间距为50cm，激光的功率为5mw，超声波的频率为1MHz，超声束的直径为2cm，容器沿X、Y、Z轴方向的尺寸分别为7.0、9.0、5.0cm，溶液由270ml的蒸馏水与15ml脂肪乳剂混合而成。在有参考光的情况下，测量得到的超声调制光的振幅为378mv；在没有参考光的情况下，测量得到的超声调制光的振幅为18mv。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。