一种多波长光声测温的方法、装置及系统与流程

本发明涉及温度测量技术领域，具体涉及一种多波长光声测温的方法、装置及系统。

背景技术

光声测温是近年来发展起来的一种新型温度探测技术，其基本原理是利用声波速度和物质的热膨胀系数等随着组织温度的改变而发生变化，导致组织所产生的光声信号幅度随组织温度变化而波动，进而利用光声信号进行生物组织温度测量。在光声温度测量技术中，光声信号的产生取决于生物组织对激光的吸收，使得光声温度测量具备光学测量的高灵敏度与高分辨率的特性；而超声波在组织中有良好的穿透性能，使得光声信号具备探测表层以下组织的潜力；并且光声探测能够实现实时的温度显示。因此，光声测温有潜力成为一种在探测灵敏度和穿透性能上都具有优势的无创的组织测温方法。

现有技术中，公开号为cn105181169a的中国专利中公开了：光声测温技术应用的一个重要局限是其测量前必须针对不同目标预先测量其在不同温度下产生光声信号的强度变化规律，建立相应的数据库和计算关系后方能进行温度测量。而临床病变组织成分和结构都较复杂，不同实验对象的差异性也较大，例如之前已有研究人员利用微型温度传感器通过动物实验证明斑块的组分不同其温度变化规律也不同。虽然光声测温可以通过前期大量同类目标实验建立相关测量模型，但个体的差异必然存在，因此光声测温不同组分组织的精度和可靠性必然受到影响。

因此，如何简化操作步骤提高计算效率和精度成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于如何简化操作步骤提高计算效率和精度。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种多波长光声测温方法，包括：

获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

可选地，在获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号之前，还包括：建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。

可选地，定量组分为脂质、纤维、钙、核酸、无机盐或血红蛋白。

可选地，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值包括：从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数，根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。

作为可选的技术方案，各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度采用如下公式得到：

其中，λn为波长，tλn为不同波长下探测计算出的温度，cλn和dλn为各个波长的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是在初始光声信号强度。

作为可选的技术方案，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…和nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种多波长光声测温装置，包括：信号获取模块，用于获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号；组分确定模块，用于根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分；数据库提取模块，用于根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库；温度得到模块，用于通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

作为可选的技术方案，还包括：数据库建立模块，用于建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。

作为可选的技术方案，还包括：定量组分为脂质、纤维、钙、核酸、无机盐或血红蛋白。

作为可选的技术方案，还包括：常数提取单元，用于从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数；温度探测单元，用于根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度；加权单元，用于对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。

结合本发明第二方面，还包括，温度探测单元用于采用如下公式得到：

其中，λn为波长，tλn为在波长λn下的探测温度，cλn和dλn为波长λn的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是在初始光声信号强度。

作为可选的技术方案，还包括，加权单元用于采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…和nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种多波长光声测温系统，包括：

激光产生器，用于提供至少两种波长的激光来照射被测目标；光声信号探测器，用于探测被测目标在激光照射下产生的光声信号；处理器，用于执行程序实现以下方法：

获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，处理器用于执行存储介质中存储的计算机程序实现以下方法：

获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

根据本发明实施例提供的多波长光声测温方法、装置及系统，通过确定被测目标定量组分，而后提取与之对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。相对于现有技术中，在测量前必须针对不同目标预先测量其在不同温度下产生光声信号的强度变化规律，建立相应的数据库和计算关系后方能进行温度测量，本实施例提供的方案在测量过程中提取与确定的定量组分对应的数据库，将光声信号和提取的数据库进行比对得到被测目标的实际温度值，从而简化了光声测温的操作步骤；而多波长光声-温度数据库与定量组分对应，因而使得多波长光声-温度数据库具有更好的针对性，继而能够提高计算效率和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种多波长光声测温方法的流程图；

图2为本发明实施例中一种多波长光声测温的装置结构示意图；

图3为本发明实施例中一种多波长光声测温的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

为了简化光声测温的操作步骤以及提高计算效率和精度，本实施例提供一种多波长光声测温方法，请参考图1，为该多波长光声测温方法流程图，本实施例中，该多波长光声测温方法包括：

步骤s10，获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号。本实施例中，光声信号与波长对应是指在一种波长的激光照射下，获取得到一个与该种波长映射的光声信号，亦即，不同波长的激光照射下，获取得到的光声信号应该不同。在具体实施过程中，采用短脉冲激光照射被测目标产生光声信号，可以通过传感器采集被测目标在不同波长激光照射下所产生的光声信号，由此，获取得到被测目标与各个波长对应的光声信号。在具体实施例中，可以依次向被测目标提供不同波长的激光照射，并依次采样获取不同波长激光照射被测目标后所产生的光声信号。在具体获取光声信号的过程中，可以对照射被测目标的激光进行修正。

步骤s20，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分。本实施例中，在获取得到与至少两个波长对应的光声信号之后，可以得到被测目标的吸收光谱分布，而后，通过现有的光声光谱技术进行判定，获得被测目标的定量组分。本实施例中，所称定量组分可以为脂质、纤维、钙或血红蛋白，当然，根据实际需要，定量组分也可以是其它的成分。

步骤s30，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库。本实施例中，所称多波长光声-温度数据库是预先建立的数据库，该数据库存储了各个波长在不同温度情况下照射各个组分得到的与各个组分对应的光声信号强度。具体地，采用特定波长的激光对不同组分的目标进行不同温度下的照射，采集光声信号强度，根据所采集到的光声信号强度变化进行数据建模，在完成各个波长的数据建模后，即可建立得到多波长光声-温度数据库。本实施例中，在确定被测目标的定量组分后，可以根据定量组分提取预先建立与之对应的多波长光声-温度数据库。

步骤s40，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。在具体实施例中，在将至少两个光声信号与多波长光声-温度数据库进行比对时，可以从多波长光声-温度数据库中查找到相应的温度值，由此，直接确定相应的温度。当无法在多波长光声-温度数据库中直接得出相应温度时，可以对光声信号数据进行拟合、插值等计算处理确定得到实际的温度值。需要说明的是，一般而言，通过数据拟合(例如现行拟合)的方式来确定温度值相对于插值的方式的效率更高。

在可选的实施例中，在执行步骤s10之前，还包括：

步骤s50，建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。具体可参见步骤s30所述，在此不再赘述。

在可选的实施例中，在执行步骤s40时，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值，包括：从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数；根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度；对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。在具体实施例中，多波长光声-温度数据库中存储了具体组分在各个波长下的温度计算常数，在提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库之后，可以确定该定量组分对应的各个波长下的温度计算常数，而后，通过温度计算常数和光声信号可以计算得到各个波长的探测温度。具体地，可以采用如下公式计算得到各个波长的探测温度：

式中，λn为波长，cλn和dλn分别为定量组分在波长λn下的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是初始光声信号强度，tλn为定量组分在波长λn下的探测温度。本实施例中，初始光声信号强度为在初始温度t0下获得的光声信号强度，不同波长下初始温度t0可能不同。

在对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值时，可以采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…，nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

本实施例还公开了一种多波长光声测温装置，请参考图2，为该多波长光声测温装置结构示意图，该多波长光声测温装置包括：信号获取模块10、组分确定模块20、数据库提取模块30和温度得到模块40，其中：

信号获取模块10用于获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号；组分确定模块20用于根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分；数据库提取模块30用于根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库；温度得到模块40用于通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

在可选的实施例中，该多波长光声测温装置还包括：数据库建立模块50，用于建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。

在可选的实施例中，定量组分为脂质、纤维、钙、核酸、无机盐或血红蛋白等。

在可选的实施例中，温度得到模块包括：常数提取单元，用于从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数；温度探测单元，用于根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度；加权单元，用于对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。

在可选的实施例中，温度探测单元用于采用如下公式得到：

其中，λn为波长，tλn为在波长λn下的探测温度，cλn和dλn为波长λn的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是在初始光声信号强度。

在可选的实施例中，加权单元用于采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…和nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

本实施例还公开了一种多波长光声测温系统，请参考图3，该系统包括：激光产生器1、光声信号探测器3和处理器7，当然，根据实际需要还可以包括：分束器2、激光能量计8、瞄准器9、脉冲发射接收器4、信号采样器5和示波器6，其中：

激光产生器1用于提供至少两种波长的激光来照射被测目标；光声信号探测器3用于探测被测目标在激光照射下产生的光声信号；分束器2用于将激光产生器1产生的激光进行分束；激光能量计8用于实时监控经分束器2分束的其中一束激光的输出能量；瞄准器9用于将经分束器2分束出的另一束激光瞄准照射到被测目标上；脉冲发射接收器4用于增益接收探测被测目标在激光照射下产生的光声信号；信号采样器5用于对探测被测目标在激光照射下产生的光声信号进行采样；示波器6用于实时显示信号采样器5输出的采样信号；处理器7用于执行程序实现以下方法：

获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

可选地，在获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号之前，还包括：建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。

可选地，定量组分为脂质、纤维、钙、核酸、无机盐或血红蛋白等。

可选地，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值包括：从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数，根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。

作为可选的技术方案，各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度采用如下公式得到：

其中，λn为波长，tλn为不同波长下探测计算出的温度，cλn和dλn为各个波长的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是在初始光声信号强度。

作为可选的技术方案，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…和nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(rom)或随机存储记忆体(ram)等。计算机处理器用于执行存储介质中存储的计算机程序实现以下方法：

获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号，根据至少两个光声信号确定被测目标的定量组分，根据定量组分提取与定量组分对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。

可选地，在获取至少两种波长的激光照射被测目标产生得到的与至少两种波长分别对应的至少两个光声信号之前，还包括：建立与各个定量组分对应的多波长光声-温度数据库。

可选地，定量组分为脂质、纤维、钙、核酸、无机盐或血红蛋白等。

可选地，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值包括：从多波长光声-温度数据库中提取与各个波长的温度计算常数，根据各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值。

作为可选的技术方案，各个波长的温度计算常数和各个波长对应的光声信号分别得到各个波长的探测温度采用如下公式得到：

其中，λn为波长，tλn为不同波长下探测计算出的温度，cλn和dλn为各个波长的温度计算常数，p是当前探测温度下获取的光声信号强度，pλn0是在初始光声信号强度。

作为可选的技术方案，对各个波长的探测温度进行加权得到被测目标的实际温度值采用如下公式得到：

其中，t为加权计算得出的被测目标的实际温度值，nλ1，nλ2，…和nλn是各个波长λ1，λ2，…，λn的温度计算权重因子，且n＝nλ1+nλ2+…+nλn。

本实施例公开的多波长光声测温方法、装置及系统，通过确定被测目标定量组分，而后提取与之对应的多波长光声-温度数据库，通过至少两个光声信号和多波长光声-温度数据库比对得到被测目标的实际温度值。相对于现有技术中，在测量前必须针对不同目标预先测量其在不同温度下产生光声信号的强度变化规律，建立相应的数据库和计算关系后方能进行温度测量，本实施例提供的方案在测量过程中提取与确定的定量组分对应的数据库，将光声信号和提取的数据库进行比对得到被测目标的实际温度值，从而简化了光声测温的操作步骤；而多波长光声-温度数据库与定量组分对应，因而使得多波长光声-温度数据库具有更好的针对性，继而能够提高计算效率和精度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。