利用光学干涉法进行非接触光声探测及成像的研究

摘要

光声成像（Photoacoustic Imaging，PAI）技术是近几年发展起来的一种新型医学成像技术，它结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中高穿透深度特性的优点，因此光声组织成像具有高分辨率和高对比度。PAI属于光吸收成像，在生物组织中，其利用样品的内源性光吸收进行成像，具有其独特的优势，血液中的血红蛋白具有较大的光学吸收系数，为血流成像提供了一种内源性的光学对比度，因此PAI不仅可以提供生物组织的结构成像，还可以实现对生物组织的功能成像，为研究生物组织的形态结构和代谢功能等提供了重要手段。 本论文提出基于长相干光零差干涉仪进行非接触光声探测及成像，利用零点检测方法以及平衡调节装置使成像系统在其最高灵敏时刻进行光声信号的探测与采集，减小外界干扰;当系统到达其最高灵敏度时刻，同步触发装置触发激发光源激发光声信号，同时触发采集系统采集光声信号。成像过程中在样品表面覆盖一层甘油以减少样品粗糙表面造成的影像。本文主要针对进行了研究，主要包括: (1)本文首先介绍了光声成像的基本原理，以此为基础对已有的基于光学干涉法的非接触光声探测系统进行了系统的阐述，进一步介绍零点检测法探测光声信号，并从光声效应原理，相干光干涉的基本理论以及干涉光强随相位的变化出发，分析了光声信号的产生、传播以及采集。 (2)搭建了基于光纤干涉仪的非接触光声成像系统。基于已有的非接触光声成像系统的基础上，做了适当的改进来提高非接触光声系统性能。使用长相干光作为干涉仪的探测光，来提高系统的稳定性;设计平衡调节装置进行光强补偿，来提高系统的准确性;使用电控振镜和步进电机实现成像区域X和Y方向的扫描，提高成像速度，为实时成像提供了可能。 (3)为了验证改进系统的可行性和稳定性，用头发丝，活体小鼠耳朵及脑袋的毛细血管进行成像，并成功获取了高分辨率的光声图像。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2研究背景及意义

1．3光声成像技术

1．3．1光声成像的原理

1．3．2光声成像的特点

1．4光声成像技术的研究现状

1．5课题研究的主要内容

1．5．1本论文的主要研究内容

1．5．2本论文的结构安排

1．6本章小结

第2章基于长相干光干涉法检测非接触光声成像的基本原理

2．1前言

2．2相干光学检测的基本原理

2．3窗口检测法

2．4长相干光检测的优势

2．5本章小结

第3章基于长相干光干涉法检测非接触光声成像系统的研究

3．1前言

3．2基于长相干光干涉法检测的非接触光声成像的硬件系统

3．2．1探测系统

3．2．2激发光系统

3．2．3平衡调节系统

3．2．4探测窗口锁定系统

3．2．5二维扫描系统

3．2．6信号采集系统

3．3基于长相干光学检测的非接触光声成像软件系统

3．3．1 LABVIEW数据采集系统

3．3．2 MATLAB数据处理系统

3．4本章小结

第4章非接触光声成像实验结果分析

4．1前言

4．2模拟样品的光声成像

4．3系统的分辨率

4．4生物样品的光声成像

4．5本章小结

5．1前言

5．2全文总结

5．3工作展望

5．4本章小结

参考文献

致谢

研究生期间成果