本發(fā)明涉及材料特性測定及可視化領(lǐng)域，尤其是一種基于多波長led激發(fā)的光聲成像裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、光聲成像是近年來新興的無輻射、非侵入式影像技術(shù)，也是克服光學(xué)成像深度受限的關(guān)鍵，其對材料特性分析、病理分析、生物化學(xué)研究等具有支撐性作用。由于其兼具光學(xué)成像高對比度、高分辨率和超聲成像低衰減、高穿透的優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于生物材料物理特性測定等領(lǐng)域，目前，光聲成像就被廣泛應(yīng)用于腫瘤乏氧活體監(jiān)測等領(lǐng)域當(dāng)中。然而，傳統(tǒng)光聲成像激發(fā)源所采用的納秒級脈沖激光源，例如公開號為cn110367942a的中國專利文獻(xiàn)所提出的光聲成像系統(tǒng)，其就使用激光器作為激勵源來實現(xiàn)光聲三維成像，但是因其脈沖激光源價格昂貴、體積大、使用條件嚴(yán)格等缺點，在一定程度上限制了光聲成像的發(fā)展。

2、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，led（發(fā)光二極管）的應(yīng)用越來越廣泛，其與傳統(tǒng)脈沖激光源相比，led激發(fā)源的價格比其便宜50-100倍，且體積極為小巧。相較而言，基于led的光聲成像激發(fā)源具有成本低、便攜、使用方便等優(yōu)勢。例如公開號為cn112603263a的中國專利文獻(xiàn)提出的一種掌上光聲成像裝置，其采用led/ld作為激發(fā)光源，實現(xiàn)掌上實時顯示成像。但是，其單一波長的激發(fā)光源無法滿足如血氧定量測量等需要區(qū)別成像的要求。

3、基于多波長led的激發(fā)源，能夠單獨可視化目標(biāo)組織中不同的光吸收體，從而實現(xiàn)更細(xì)粒度的成像。例如，在血氧定量測量上，通過動態(tài)追蹤血紅蛋白和分子探針的組織分布，光聲成像實時解析腫瘤組織內(nèi)的血氧改變（so2）和分子應(yīng)答，可以實現(xiàn)對腫瘤乏氧區(qū)域的血氧定量，為臨床診斷和治療提供更精準(zhǔn)的信息。例如，公開號為cn112557302a的中國專利文獻(xiàn)提出了一種多波長光聲成像驅(qū)動系統(tǒng)，其通過設(shè)置多個波長的連續(xù)激光器來實現(xiàn)多波長激勵。又或者公開號為cn106338473a的中國專利文獻(xiàn)所公開的基于混合脈沖連續(xù)激光的多波長光聲傳感與成像方法，其選擇不同波長的多臺連續(xù)激光器加熱被測物體。但是，他們都是通過選擇性發(fā)光來實現(xiàn)波長可調(diào)，實質(zhì)上每個時間步仍然是單波長工作。并且，多個波長中各波長激光器的光功率無法保持穩(wěn)定，致使對不同光吸收體的激勵不同，成像差異明顯。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的全部或部分問題，提供一種基于多波長led激發(fā)的光聲成像裝置和方法，以實現(xiàn)低成本、小體積、多波長、高精度的光聲成像。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于多波長led激發(fā)的光聲成像裝置，其包括上位機、led驅(qū)動電路、led模組、光聲信號采集模組、運動控制模組和水箱，所述水箱中盛有脂質(zhì)介質(zhì)；其中：

4、所述運動控制模組被配置為：響應(yīng)于所述上位機發(fā)送的移動指令，帶動所述光聲信號采集模組的超聲換能器移動到指定位置；

5、所述led驅(qū)動電路被配置為：響應(yīng)于所述上位機的脈沖指令，驅(qū)動所述led模組發(fā)出脈沖光束，作用到成像樣品，以使所述成像樣品產(chǎn)生超聲信號；

6、所述led模組包括多個led陣列，各led陣列朝向同一位置；各led陣列均由多個led子陣成陣列排布而成，各led子陣分別包含至少一個led，各led子陣間的led的波長不同，且各led子陣的光功率位于同一區(qū)間；

7、所述光聲信號采集模組被配置為：通過所述超聲換能器采集所述成像樣品產(chǎn)生的超聲信號，以及存儲采集的超聲信號；

8、所述成像樣品、led模組和所述超聲換能器均位于所述水箱內(nèi)的脂質(zhì)介質(zhì)中；

9、所述上位機被配置為：生成移動指令，并向所述運動控制模組發(fā)送所述移動指令；以及，向所述led驅(qū)動電路發(fā)送脈沖指令；以及，根據(jù)所述光聲信號采集模組存儲的超聲信號進(jìn)行圖像重建。

10、進(jìn)一步的，所述led模組的led陣列呈圓環(huán)形排布，各led陣列均朝向圓環(huán)中心。

11、進(jìn)一步的，所述led陣列的各led子陣的led以同一幾何中心由內(nèi)向外逐層排布，每相鄰的兩層led子陣中，內(nèi)層led的波長較外層led的波長大，內(nèi)層led的數(shù)量較外層led的數(shù)量少。

12、進(jìn)一步的，數(shù)量超過1個led的led子陣的led均勻排布在以所述幾何中心為圓心的圓環(huán)帶上。

13、進(jìn)一步的，所述led陣列包括至少三層led子陣，由內(nèi)向外各層led子陣分別包含個led，n為自然數(shù)，代表?led?子陣由內(nèi)向外的圈層層級。

14、進(jìn)一步的，所述上位機還被配置為：

15、根據(jù)所述光聲信號采集模組存儲的超聲信號測量血氧定量。

16、進(jìn)一步的，所述運動控制模組包括三維轉(zhuǎn)臺，所述超聲換能器連接于所述三維轉(zhuǎn)臺的自由端，該三維轉(zhuǎn)臺的自由端從豎向伸入所述脂質(zhì)介質(zhì)中；所述三維轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)臺電機連接于所述上位機。

17、進(jìn)一步的，所述光聲信號采集模組還包括放大器和數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡連接所述上位機，所述放大器連接于所述數(shù)據(jù)采集卡和所述超聲換能器之間。

18、進(jìn)一步的，所述led驅(qū)動電路包括穩(wěn)壓電源電路、高壓電源電路、驅(qū)動電路、開關(guān)電路和儲能電路；其中：

19、所述穩(wěn)壓電源電路為所述驅(qū)動電路提供直流電源，所述高壓電源電路為所述儲能電路提供高壓電源；

20、所述驅(qū)動電路分別連接所述上位機和所述開關(guān)電路，根據(jù)所述上位機的脈沖指令，向所述開關(guān)電路發(fā)送脈沖信號；

21、所述儲能電路、所述開關(guān)電路與所述led模組串聯(lián)成接地回路，所述開關(guān)電路響應(yīng)于接收的脈沖信號，閉合或斷開該接地回路。

22、本發(fā)明還提供了一種基于上述的基于多波長led激發(fā)的光聲成像裝置的光聲成像方法，其包括以下步驟：

23、操作上位機以生成移動指令，上位機將該移動指令發(fā)送給運動控制模組；

24、所述運動控制模組根據(jù)接收的移動指令，帶動超聲換能器移動到指定位置；

25、配置上位機以生成脈沖指令，上位機將該脈沖指令發(fā)送給led驅(qū)動電路；

26、所述led驅(qū)動電路根據(jù)接收的脈沖指令，驅(qū)動led模組發(fā)出脈沖光束，該脈沖光束作用到成像樣品，成像樣品在脈沖光束作用下，產(chǎn)生超聲信號；

27、利用光聲信號采集模組的超聲換能器采集該超聲信號，并通過光聲信號采集模組存儲采集的超聲信號；

28、通過上位機獲取光聲信號采集模組存儲的超聲信號，根據(jù)獲取的超聲信號進(jìn)行圖像重建。

29、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

30、1、本發(fā)明基于多波長led激發(fā)的光聲成像裝置利用led作為脈沖源，以低成本、小體積的方式實現(xiàn)了光聲成像所需的激發(fā)能量。且能夠在同一時間發(fā)出多種波長的激光作用成像樣品，能夠滿足血氧濃度測量等場景的需求。

31、2、本發(fā)明的led模組采用算法進(jìn)行布局，兼顧了多波長和等功率的設(shè)計理念，確保不同波長的led陣列的光在成像樣品上輻射能量趨于相等，避免了不同光吸收器成像的差異，使之在材料特性測定等領(lǐng)域更具實用性，同時也確保了測定效率，在醫(yī)學(xué)檢驗和臨床應(yīng)用等方面具備極佳的應(yīng)用前景。