光声定量弹性、粘性双参数成像方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种弹性、粘性双参数成像方法及装置，尤其是一种光声定量弹性、粘性双参数成像方法及装置，属于生物医学的弹性、粘性检测技术。
【背景技术】
[0002]弹性和粘性是重要的表征物质力学特性的物理参数，生物组织弹性和粘性的改变往往与其病理过程和组织异常密切相关，因此生物组织弹性、粘性的测量对于预临床研究和临床应用，特别是检测和诊断像乳腺癌、肝纤维化、动脉粥样硬化等许多其他的弹性、粘性发生变化的疾病方面，具有很好的前景。
[0003]目前，超声弹性成像、光学相干弹性成像、磁共振弹性成像作为一种弹性技术被提出，通过测量组织被激励后的应变响应获得组织的相对弹性。即使在一定程度上这些定性的测量方法可用于检测组织病变，但易受操作者主观因素的影响；而且，他们也不适合测量一些例如肝纤维化、动脉粥样硬化之类的弥漫性疾病，因为组织异常并不是发生在一些集中的区域，因此没有正常的背景组织提供对比。剪切波弹性成像虽然能实现定量测量，然而由于存在不可忽略的较大的测量误差，尤其对于不均匀性或层状组织;而且，在剪切波弹性成像中较长持续的声辐射力产生的高能量沉积，生物组织很容易因此遭受热损伤。
[0004]生物组织既表现出弹性，又表现出粘性，视为一种粘弹体，因此需要弹性、粘性同时描述生物组织的力学行为来提供互补信息。然而，在上述成像方法中，粘性并没有受到和弹性相同的关注与重视，这会导致弹性测量的偏差，也会潜在地导致与组织生理状态有关的重要信息的丢失。
[0005]目前，利用光声技术检测组织弹性的方法已有报道，如2011年9月7日公开的发明专利:光声弹性成像方法与装置，申请人:华南师范大学，申请日:2011年I月14日，申请号:201110008213.5;如2013年公开的发明专利:一种便携式无创、实时光声粘弹检测仪，申请人:华南师范大学，申请日:2012年9月26日，申请号:201210363738.5。这两个专利申请都是用强度调制的连续光源激发产生光声信号，通过测量该信号与调制信号之间的相位差来表征组织的粘弹特性(粘弹比)。此种方法在下列情况下存在很大的局限性，第一，当正常组织和变异组织的弹性模量和粘性系数都分别不相等，但粘弹比相等时，使得测量的相位延迟相同，不能区分正常组织和变异组织;其次，当在组织的变异过程，弹性和粘性都分别变化，且变化的比例相同时，使得测得的相位延迟一样，不能实现动态过程的检测。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述现有弹性成像技术和粘弹成像技术的缺陷，提供了一种能够无损、准确地定量弹性和粘性的光声定量弹性、粘性双参数成像方法。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的光声定量弹性、粘性双参数成像装置，该装置结构简单、使用方便，可以实现对具有弹性、粘性变化的病变的检测，尤其对于动脉粥样硬化，可得到脂质、纤维、钙化组织、炎症的成分分布，从而识别易损斑块。
[0008]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0009]光声定量弹性、粘性双参数成像方法，所述方法包括以下步骤:
[0010]I)准连续激光器发出一定波长的激光脉冲，经准直透镜准直；
[0011]2)经准直的激光脉冲通过聚焦透镜照射到样品池内的待测组织样品上，基于光致热弹效应，使待测组织样品产生光声信号；
[0012]3)光声信号经超声耦合剂后，由超声探测器接收，再经过信号放大器放大；
[0013]4)被放大的光声信号分别被输送到不波器和锁相放大器，以得到位移的上升时间和光声信号的相位差，并将该信息存储到计算机中；
[0014]5)计算机通过驱动电路控制步进电机逐点扫描待测组织样品，按照上述步骤I)?
4)的方式接收、采集数据；
[0015]6)计算机对采集到的数据进行处理，根据位移的上升时间和弹性的关系，以及光声信号的相位差和粘弹比的关系，将各点的弹性和粘性以灰度形式映射到显示屏上，获得待测组织样品的定量弹性、粘性的二维灰度图像。
[0016]作为一种优选方案，步骤4)中，所述位移的上升时间是指:与光声信号对应的位移的上升时间，即位移是光声信号的一次积分。
[0017]作为一种优选方案，步骤4)中，所述光声信号的相位差是指:激发信号与同频光声信号的相位差。
[0018]作为一种优选方案，步骤5)中，所述采集数据是指:采用基于Labview控制平台的单通道实时采集系统，并将各点采集得到的数据与待测组织样品各点一一对应。
[0019]作为一种优选方案，步骤6)中，所述对采集到的数据进行处理是指:采用Matlab程序将样品对应各点的弹性和粘性值分别以灰度形式重建图像，从而获得样品的光声定量弹性、粘性成像图。
[0020]本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0021]光声定量弹性、粘性双参数成像装置，所述装置包括光声信号激发组件、光声信号采集组件、光声信号处理组件和探测扫描组件；
[0022]所述光声信号激发组件包括准连续激光器、准直透镜和聚焦透镜；
[0023]所述光声信号采集组件包括超声探测器、超声耦合剂和信号放大器；
[0024]所述光声信号处理组件包括示波器、锁相放大器和计算机；
[0025]所述探测扫描组件包括驱动电路和步进电机；
[0026]所述光声信号激发组件、光声信号采集组件和光声信号处理组件依次连接；
[0027]所述准连续激光器、准直透镜和聚焦透镜依次连接，准连续激光器发出一定波长的激光脉冲，激光脉冲经准直透镜准直后，通过聚焦透镜照射到样品池内的待测组织样品上;所述超声探测器与信号放大器连接;所述示波器和锁相放大器分别与计算机连接;所述计算机、驱动电路和步进电机依次连接。
[0028]作为一种优选方案，所述准连续激光器发出的激光波长为1064nm，激光调制频率为0-150KHz。
[0029]作为一种优选方案，所述超声探测器为既可实现反向接收模式，又可实现上升时间和相位差的同时测量的中空探测器。
[0030]作为一种优选方案，所述计算机安装有采集控制及数据处理系统。[OO31 ]作为一种优选方案，所述采集控制及数据处理系统利用Labview和Matlab程序编写而成。
[0032]本发明的光声定量弹性、粘性双参数成像装置的工作原理是:物质被激发后会产生位移响应，根据波动方程，弹性越大，物质位移达到峰值所需的时间越短;对于粘弹性物质，由于阻尼效应，位移响应会滞后激励一定的相位差;通过上升时间和弹性的关系，以及相位差和粘弹比的关系，将各点的弹性和粘性以灰度形式映射到显示屏上，获得物质的定量弹性、粘性的二维灰度图像。
[0033]本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0034]1、本发明将放大后的光声信号分别输送到示波器和锁相放大器，以得到位移的上升时间和光声信号的相位差，根据位移的上升时间和弹性的关系，以及光声信号的相位差和粘弹比的关系，将待测组织样品各点的弹性和粘性以灰度形式映射到显示屏上，进而获得待测组织样品的定量弹性、粘性的二维灰度图像，克服了现有技术只测量相位差(粘弹比)的缺点，且能无损、准确地定量弹性和粘性。
[0035]2、本发明利用高度聚焦的激光进行逐点扫描，可以获得高对比度、高分辨率的弹性、粘性图像;能够很方便地结合光声成像，可以提供组织结构和力学方面的互补信息，以及更加全面、深入地展开临床研究。
[0036]3、本发明从方法上不仅能准确、无损测量弹性模量和粘性系数的绝对值，不受主观因素和待测区域周围组织影响，而且从装置上采用反向检测模式，方便在体组织的弹性、粘性检测，利于产业化推广。
【附图说明】
[0037]图1为本发明实施例1的光声定量弹性、粘性双参数成像的结构示意图。
[0038]图2为本发明实施例1的光声定量弹性、粘性双参数成像方法的流程图。
[0039]图3为本发明实施例2的测量不同浓度的琼脂样品的弹性值图。
[0040]图4为本发明实施例2的测量不同浓度的琼脂样品的粘性值图。
[0041 ]图5为本发明实施例3的生物组织样品示意图。
[0042]图6为本发明实施例3的生物组织样品的光声弹性成像图。
[0043]图7为本发明实施例3的生物组织样品的光声粘性成像图。
[0044]其中，1-准连续激光器，2-准直透镜，3-聚焦透镜，4-超声探测器，5-第一信号放大器，6-第二信号放大器，7-示波器，8-锁相放大器，9-计算机，10-样品池，11-待测组织样品。
【具体实施方式】
[0045]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0046]实施例1:
[0047]如图1所示，本实施例的光声定量弹性、粘性双参数成像装置包括光声信号激发组件、光声信号采集组件、光声信号处理组件和探测扫描组件；
[0048]所述光声信号激发组件包括准连续激光器1、准直透镜2和聚焦透镜3;所述准连续激光器I发出的激光波长为1064nm，激光调制频率为0_150KHz;
[0049]所