光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彈性、粘性雙參數(shù)成像方法及裝置，尤其是一種光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像方法及裝置，屬于生物醫(yī)學(xué)的彈性、粘性檢測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]彈性和粘性是重要的表征物質(zhì)力學(xué)特性的物理參數(shù)，生物組織彈性和粘性的改變往往與其病理過程和組織異常密切相關(guān)，因此生物組織彈性、粘性的測量對于預(yù)臨床研究和臨床應(yīng)用，特別是檢測和診斷像乳腺癌、肝纖維化、動脈粥樣硬化等許多其他的彈性、粘性發(fā)生變化的疾病方面，具有很好的前景。
[0003]目前，超聲彈性成像、光學(xué)相干彈性成像、磁共振彈性成像作為一種彈性技術(shù)被提出，通過測量組織被激勵后的應(yīng)變響應(yīng)獲得組織的相對彈性。即使在一定程度上這些定性的測量方法可用于檢測組織病變，但易受操作者主觀因素的影響；而且，他們也不適合測量一些例如肝纖維化、動脈粥樣硬化之類的彌漫性疾病，因?yàn)榻M織異常并不是發(fā)生在一些集中的區(qū)域，因此沒有正常的背景組織提供對比。剪切波彈性成像雖然能實(shí)現(xiàn)定量測量，然而由于存在不可忽略的較大的測量誤差，尤其對于不均勻性或?qū)訝罱M織;而且，在剪切波彈性成像中較長持續(xù)的聲輻射力產(chǎn)生的高能量沉積，生物組織很容易因此遭受熱損傷。
[0004]生物組織既表現(xiàn)出彈性，又表現(xiàn)出粘性，視為一種粘彈體，因此需要彈性、粘性同時描述生物組織的力學(xué)行為來提供互補(bǔ)信息。然而，在上述成像方法中，粘性并沒有受到和彈性相同的關(guān)注與重視，這會導(dǎo)致彈性測量的偏差，也會潛在地導(dǎo)致與組織生理狀態(tài)有關(guān)的重要信息的丟失。
[0005]目前，利用光聲技術(shù)檢測組織彈性的方法已有報道，如2011年9月7日公開的發(fā)明專利:光聲彈性成像方法與裝置，申請人:華南師范大學(xué)，申請日:2011年I月14日，申請?zhí)?201110008213.5;如2013年公開的發(fā)明專利:一種便攜式無創(chuàng)、實(shí)時光聲粘彈檢測儀，申請人:華南師范大學(xué)，申請日:2012年9月26日，申請?zhí)?201210363738.5。這兩個專利申請都是用強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)光源激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，通過測量該信號與調(diào)制信號之間的相位差來表征組織的粘彈特性(粘彈比)。此種方法在下列情況下存在很大的局限性，第一，當(dāng)正常組織和變異組織的彈性模量和粘性系數(shù)都分別不相等，但粘彈比相等時，使得測量的相位延遲相同，不能區(qū)分正常組織和變異組織;其次，當(dāng)在組織的變異過程，彈性和粘性都分別變化，且變化的比例相同時，使得測得的相位延遲一樣，不能實(shí)現(xiàn)動態(tài)過程的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有彈性成像技術(shù)和粘彈成像技術(shù)的缺陷，提供了一種能夠無損、準(zhǔn)確地定量彈性和粘性的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像方法。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，可以實(shí)現(xiàn)對具有彈性、粘性變化的病變的檢測，尤其對于動脈粥樣硬化，可得到脂質(zhì)、纖維、鈣化組織、炎癥的成分分布，從而識別易損斑塊。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0009]光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]I)準(zhǔn)連續(xù)激光器發(fā)出一定波長的激光脈沖，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直；
[0011]2)經(jīng)準(zhǔn)直的激光脈沖通過聚焦透鏡照射到樣品池內(nèi)的待測組織樣品上，基于光致熱彈效應(yīng)，使待測組織樣品產(chǎn)生光聲信號；
[0012]3)光聲信號經(jīng)超聲耦合劑后，由超聲探測器接收，再經(jīng)過信號放大器放大；
[0013]4)被放大的光聲信號分別被輸送到不波器和鎖相放大器，以得到位移的上升時間和光聲信號的相位差，并將該信息存儲到計算機(jī)中；
[0014]5)計算機(jī)通過驅(qū)動電路控制步進(jìn)電機(jī)逐點(diǎn)掃描待測組織樣品，按照上述步驟I)?
4)的方式接收、采集數(shù)據(jù)；
[0015]6)計算機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)位移的上升時間和彈性的關(guān)系，以及光聲信號的相位差和粘彈比的關(guān)系，將各點(diǎn)的彈性和粘性以灰度形式映射到顯示屏上，獲得待測組織樣品的定量彈性、粘性的二維灰度圖像。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，步驟4)中，所述位移的上升時間是指:與光聲信號對應(yīng)的位移的上升時間，即位移是光聲信號的一次積分。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，步驟4)中，所述光聲信號的相位差是指:激發(fā)信號與同頻光聲信號的相位差。
[0018]作為一種優(yōu)選方案，步驟5)中，所述采集數(shù)據(jù)是指:采用基于Labview控制平臺的單通道實(shí)時采集系統(tǒng)，并將各點(diǎn)采集得到的數(shù)據(jù)與待測組織樣品各點(diǎn)一一對應(yīng)。
[0019]作為一種優(yōu)選方案，步驟6)中，所述對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是指:采用Matlab程序?qū)悠穼?yīng)各點(diǎn)的彈性和粘性值分別以灰度形式重建圖像，從而獲得樣品的光聲定量彈性、粘性成像圖。
[0020]本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0021]光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像裝置，所述裝置包括光聲信號激發(fā)組件、光聲信號采集組件、光聲信號處理組件和探測掃描組件；
[0022]所述光聲信號激發(fā)組件包括準(zhǔn)連續(xù)激光器、準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡；
[0023]所述光聲信號采集組件包括超聲探測器、超聲耦合劑和信號放大器；
[0024]所述光聲信號處理組件包括示波器、鎖相放大器和計算機(jī)；
[0025]所述探測掃描組件包括驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)；
[0026]所述光聲信號激發(fā)組件、光聲信號采集組件和光聲信號處理組件依次連接；
[0027]所述準(zhǔn)連續(xù)激光器、準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡依次連接，準(zhǔn)連續(xù)激光器發(fā)出一定波長的激光脈沖，激光脈沖經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，通過聚焦透鏡照射到樣品池內(nèi)的待測組織樣品上;所述超聲探測器與信號放大器連接;所述示波器和鎖相放大器分別與計算機(jī)連接;所述計算機(jī)、驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)依次連接。
[0028]作為一種優(yōu)選方案，所述準(zhǔn)連續(xù)激光器發(fā)出的激光波長為1064nm，激光調(diào)制頻率為0-150KHz。
[0029]作為一種優(yōu)選方案，所述超聲探測器為既可實(shí)現(xiàn)反向接收模式，又可實(shí)現(xiàn)上升時間和相位差的同時測量的中空探測器。
[0030]作為一種優(yōu)選方案，所述計算機(jī)安裝有采集控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。[OO31 ]作為一種優(yōu)選方案，所述采集控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)利用Labview和Matlab程序編寫而成。
[0032]本發(fā)明的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像裝置的工作原理是:物質(zhì)被激發(fā)后會產(chǎn)生位移響應(yīng)，根據(jù)波動方程，彈性越大，物質(zhì)位移達(dá)到峰值所需的時間越短;對于粘彈性物質(zhì)，由于阻尼效應(yīng)，位移響應(yīng)會滯后激勵一定的相位差;通過上升時間和彈性的關(guān)系，以及相位差和粘彈比的關(guān)系，將各點(diǎn)的彈性和粘性以灰度形式映射到顯示屏上，獲得物質(zhì)的定量彈性、粘性的二維灰度圖像。
[0033]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0034]1、本發(fā)明將放大后的光聲信號分別輸送到示波器和鎖相放大器，以得到位移的上升時間和光聲信號的相位差，根據(jù)位移的上升時間和彈性的關(guān)系，以及光聲信號的相位差和粘彈比的關(guān)系，將待測組織樣品各點(diǎn)的彈性和粘性以灰度形式映射到顯示屏上，進(jìn)而獲得待測組織樣品的定量彈性、粘性的二維灰度圖像，克服了現(xiàn)有技術(shù)只測量相位差(粘彈比)的缺點(diǎn)，且能無損、準(zhǔn)確地定量彈性和粘性。
[0035]2、本發(fā)明利用高度聚焦的激光進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，可以獲得高對比度、高分辨率的彈性、粘性圖像;能夠很方便地結(jié)合光聲成像，可以提供組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)方面的互補(bǔ)信息，以及更加全面、深入地展開臨床研究。
[0036]3、本發(fā)明從方法上不僅能準(zhǔn)確、無損測量彈性模量和粘性系數(shù)的絕對值，不受主觀因素和待測區(qū)域周圍組織影響，而且從裝置上采用反向檢測模式，方便在體組織的彈性、粘性檢測，利于產(chǎn)業(yè)化推廣。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像方法的流程圖。
[0039]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的測量不同濃度的瓊脂樣品的彈性值圖。
[0040]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的測量不同濃度的瓊脂樣品的粘性值圖。
[0041 ]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的生物組織樣品示意圖。
[0042]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的生物組織樣品的光聲彈性成像圖。
[0043]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3的生物組織樣品的光聲粘性成像圖。
[0044]其中，1-準(zhǔn)連續(xù)激光器，2-準(zhǔn)直透鏡，3-聚焦透鏡，4-超聲探測器，5-第一信號放大器，6-第二信號放大器，7-示波器，8-鎖相放大器，9-計算機(jī)，10-樣品池，11-待測組織樣品。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0046]實(shí)施例1:
[0047]如圖1所示，本實(shí)施例的光聲定量彈性、粘性雙參數(shù)成像裝置包括光聲信號激發(fā)組件、光聲信號采集組件、光聲信號處理組件和探測掃描組件；
[0048]所述光聲信號激發(fā)組件包括準(zhǔn)連續(xù)激光器1、準(zhǔn)直透鏡2和聚焦透鏡3;所述準(zhǔn)連續(xù)激光器I發(fā)出的激光波長為1064nm，激光調(diào)制頻率為0_150KHz;
[0049]所