專利名稱：光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)學(xué)測量和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光聲 超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前光聲超聲的多參數(shù)聯(lián)合探測還存在很多困難，例如考慮到生物組織的 損傷閾值，入射的激光不能太強(qiáng)，又由于組織表層對光的強(qiáng)散射和吸收，到達(dá) 深層組織的光強(qiáng)減弱，因此有效提高光聲的激發(fā)效率是一個急切需要解決的問
題；另外，光聲探測是基于光聲效應(yīng)而超聲探測是基于壓電效應(yīng)，要將兩套不 同原理的系統(tǒng)一體化和小型化，存在一定的困難。
"0ptoacoustic and Ultrasonic Co—Image with a Linear Transducer Array" Opt. Lett. 29， 1760-1762， 2004.報道了基于320振元線性陣列探 測器的光聲超聲聯(lián)合成像方法，但該側(cè)向模式的探測方法難以應(yīng)用于臨床。 "Combined ultrasound and optoacoustic system for real—time high-contrast vascular imaging in vivo" IEEE Trans. Med. Imaging 24, 436-440, 2005.報道了基于背向探測模式的光聲超聲聯(lián)合成像方法，釆用了傳 感器為64振元的線性陣列探測器和激光能量光纖輸出方式。"Integrated system f or ul trasonic, photoacoustic and elasticity imaging, ，， Proc. SPIE 6147, 61470H1-8， 2006.報道了基于前向探測模式的光聲、超聲和彈性模量的 聯(lián)合成像方法。但前向探測模式的適用范圍更窄，而且以上方法都是釆用線性 陣列探測器作為傳感部分，探測方式為B型掃描，光聲超聲激發(fā)與傳感無法實(shí) 現(xiàn)同軸共焦結(jié)構(gòu)，因此光聲激發(fā)與探測的效率不高，需要較大功率的固體激光 器提供光聲激勵能量，而大體積的固體激光器無法實(shí)現(xiàn)激勵與傳感的一體化和 小型化，實(shí)際推廣應(yīng)用前景受到了很大的限制。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢 測裝置，能實(shí)現(xiàn)光聲超聲單個或聯(lián)合探測，可廣泛應(yīng)用于血氧檢測、血糖檢測、 HIFU治療和效果監(jiān)測、工業(yè)探傷等領(lǐng)域。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種光聲超聲激發(fā)與傳 感一體化檢測裝置，在外殼的頂部和中部設(shè)有聲學(xué)絕緣層，在聲學(xué)絕緣層的頂 部中央設(shè)有半導(dǎo)體激光管，在聲學(xué)絕緣層的中央，位于半導(dǎo)體激光管的下方設(shè)有傅立葉透鏡；在外殼的下部、聲學(xué)絕緣層之下設(shè)有吸聲墊襯，在吸聲墊襯的 中央，位于傅立葉透鏡的下方設(shè)有柱面透鏡，柱面透鏡的底面設(shè)有保護(hù)膜；環(huán) 狀多環(huán)陣列傳感器的中空內(nèi)環(huán)套裝在柱面透鏡的底端；半導(dǎo)體激光管、傅立葉 透鏡、柱面透鏡、多環(huán)陣列傳感器的中心都位于同一中軸線上， 一體化封裝于 外殼內(nèi)，構(gòu)成一體化的同軸共焦結(jié)構(gòu)。所述的半導(dǎo)體激光管(1)為半導(dǎo)體脈沖 激光二極管，半導(dǎo)體脈沖激光二極管工作在紫外至紅外范圍內(nèi)選擇的一個或多 個波長。所述的半導(dǎo)體激光管、傅立葉透鏡和柱面透鏡組成光聲激發(fā)源和光路 透鏡系統(tǒng)，光路系統(tǒng)能變換產(chǎn)生聚焦或平行的激光東，穿過保護(hù)膜和多環(huán)陣列 傳感器的中空內(nèi)環(huán)，射向被檢測樣品。所述的多環(huán)陣列傳感器為中空的平面陣 或凹凸陣，多環(huán)陣列傳感器的每個環(huán)切割為axk = 2;r，(k = l,2,……n)弧度的弧 形振元，其中a為每個弧形振元對應(yīng)的弧度，k為切割的弧形振元數(shù)目，每個弧 形振元14通過導(dǎo)線與信號處理器的電極12電氣連接。所述的多環(huán)陣列傳感器 采用壓電材料，包括鈮酸鋰、復(fù)合材料、壓電陶瓷或PVDF薄膜制作；所述的多 環(huán)陣列傳感器能分時地激勵產(chǎn)生超聲信號、接收超聲回波信號和接收光聲信號， 實(shí)現(xiàn)A型動態(tài)掃描的光聲超聲單個或聯(lián)合探測。
本實(shí)用新型的工作過程為在外部控制信號觸發(fā)下，半導(dǎo)體激光管激勵產(chǎn) 生脈沖激光，激光的波長、脈寬和重復(fù)頻率可根據(jù)需要選擇，激光能量通過光 路透鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直后，透過保護(hù)膜輻射到被測樣品上激發(fā)產(chǎn)生光聲信號；控制信 號同時觸發(fā)多環(huán)陣列傳感器探測光聲信號，實(shí)現(xiàn)光聲信號的激發(fā)與傳感；在控 制信號的下一個周期，控制信號觸發(fā)多環(huán)陣列傳感器發(fā)射超聲信號，延時后開 始接收超聲回波信號，實(shí)現(xiàn)超聲信號的激發(fā)與傳感；通過信號和算法處理采集 到的光聲數(shù)據(jù)和超聲回波數(shù)據(jù)，即可獲得在深度方向的光聲超聲單個或聯(lián)合的A 型動態(tài)掃描探測樣品的目標(biāo)數(shù)值。
本實(shí)用新型的有益效果是該裝置集光聲超聲的激發(fā)與傳感為一體，光聲 激發(fā)源、光路透鏡系統(tǒng)和多環(huán)陣列傳感器形成同軸共焦結(jié)構(gòu)；可實(shí)現(xiàn)光聲超聲 單個或聯(lián)合的A型動態(tài)掃描探測，能夠極大提高光聲超聲的激發(fā)和傳感效率， 聲學(xué)絕緣層有效降低激光能量要求的同時提高探測深度，測量靈敏度高，并使 裝置結(jié)構(gòu)小型化和實(shí)用化，便于攜帶、操作簡便、成本較低。本實(shí)用新型可廣 泛應(yīng)用于血氧檢測、血糖檢測、HIFU治療和效果監(jiān)測、工業(yè)探傷等領(lǐng)域。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2為本實(shí)用新型多環(huán)陣列傳感器的電氣連接示意圖。圖3為本實(shí)用新型多環(huán)陣列傳感器的一個環(huán)圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例； 一種光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，在外殼10的頂部和 中部設(shè)有聲學(xué)絕緣層9,在聲學(xué)絕緣層9的頂部中央設(shè)有半導(dǎo)體激光管1,在聲 學(xué)絕緣層9的中央，位于半導(dǎo)體激光管1的下方設(shè)有傅立葉透鏡2;在外殼10 的下部、聲學(xué)絕緣層9之下設(shè)有吸聲墊襯8,在吸聲墊襯8的中央，位于傅立葉 透鏡2的下方設(shè)有柱面透鏡3,柱面透鏡3的底面設(shè)有保護(hù)膜4;環(huán)狀多環(huán)陣列 傳感器7的中空內(nèi)環(huán)套裝在柱面透鏡3的底端；半導(dǎo)體激光管1,傅立葉透鏡2、 柱面透鏡3、多環(huán)陣列傳感器7的中心都位于同一中軸線6上， 一體化封裝于外 殼10內(nèi)，構(gòu)成一體化的同軸共焦結(jié)構(gòu)。上述元件一體化固定于裝置外殼10內(nèi)； 保護(hù)膜4具有透光和防水功能，可保護(hù)內(nèi)部的光學(xué)器件；聲學(xué)絕緣層9用于防 止超聲能量傳至裝置外殼10引起反射干擾信號，并在有效降低激光能量要求的 同時提高探測深度。
半導(dǎo)體激光管1選用脈沖的半導(dǎo)體激光二極管(PGAS1S24, Hoffo)，工作 波長為905nm,峰值功率為49W,脈寬為150ns,單脈沖能量約為7. 3uJ。
半導(dǎo)體激光管1、傅立葉透鏡2和柱面透鏡3組成光聲激發(fā)源和光路透鏡系 統(tǒng)，光路系統(tǒng)能變換產(chǎn)生聚焦或平行的激光東5，穿過保護(hù)膜4和多環(huán)陣列傳感 器7的中空內(nèi)環(huán)，射向被檢測樣品。
多環(huán)陣列傳感器7為中空的凹凸陣，多環(huán)陣列傳感器7的每個環(huán)被切割為k =16個等面積弧形振元14,各振元之間設(shè)有間距13，每個弧形振元對應(yīng)的弧度 15為a二;r/8。每個弧形振元14通過導(dǎo)線11與信號處理器的電極12電氣連接。
多環(huán)陣列傳感器7釆用壓電陶瓷制作，工作中心頻率為lMHz,環(huán)的數(shù)目為 7個，設(shè)計為中空的等面積等間距的平面環(huán)陣結(jié)構(gòu)，環(huán)間距不大于半波長，其中 聲速定為1500m/s,每個弧形振元14通過導(dǎo)線11與信號處理器的電極12電氣 連接，可實(shí)現(xiàn)分時地激勵產(chǎn)生超聲信號、接收超聲回波信號和接收光聲信號， 可實(shí)現(xiàn)A型掃描的光聲超聲單個或聯(lián)合探測。
權(quán)利要求1、光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，其特征在于在外殼(10)的頂部和中部設(shè)有聲學(xué)絕緣層(9)，在聲學(xué)絕緣層(9)的頂部中央設(shè)有半導(dǎo)體激光管(1)，在聲學(xué)絕緣層(9)的中央，位于半導(dǎo)體激光管(1)的下方設(shè)有傅立葉透鏡(2)；在外殼(10)的下部、聲學(xué)絕緣層(9)之下設(shè)有吸聲墊襯(8)，在吸聲墊襯(8)的中央，位于傅立葉透鏡(2)的下方設(shè)有柱面透鏡(3)，柱面透鏡(3)的底面設(shè)有保護(hù)膜(4)；環(huán)狀多環(huán)陣列傳感器(7)的中空內(nèi)環(huán)套裝在柱面透鏡(3)的底端；半導(dǎo)體激光管(1)、傅立葉透鏡(2)、柱面透鏡(3)、多環(huán)陣列傳感器(7)的中心都位于同一中軸線(6)上，一體化封裝于外殼(10)內(nèi)，構(gòu)成一體化的同軸共焦結(jié)構(gòu)；多環(huán)陣列傳感器(7)能分時地激勵產(chǎn)生超聲信號、接收超聲回波信號和接收光聲信號，實(shí)現(xiàn)A型動態(tài)掃描的光聲超聲單個或聯(lián)合探測。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，其特征在于所述的半導(dǎo)體激光管(1)為半導(dǎo)體脈沖激光二極管，半導(dǎo)體脈沖激光二極管工作在紫外至紅外范圍內(nèi)選擇的一個或多個波長。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，其特征在于所述的半導(dǎo)體激光管(1)、傅立葉透鏡(2)和柱面透鏡(3)組成光聲激發(fā)源和光路透鏡系統(tǒng)，光路系統(tǒng)能變換產(chǎn)生聚焦或平行的激光束(5)，穿過保護(hù)膜(4)和多環(huán)陣列傳感器(7)的中空內(nèi)環(huán)，射向被檢測樣品。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，其特征在于所述的多環(huán)陣列傳感器(7)為中空的平面陣或凹凸陣，多環(huán)陣列傳感器(7)的每個環(huán)切割為axk二2廠，(k二1,2，一，n)弧度的弧形振元，其中a為每個弧形振元對應(yīng)的弧度，k為切割的弧形振元數(shù)目，每個弧形振元(14)通過導(dǎo)線(11)與信號處理器的電極(12)電氣連接。
專利摘要本實(shí)用新型一種光聲超聲激發(fā)與傳感一體化檢測裝置，在其外殼內(nèi)設(shè)有聲學(xué)絕緣層、吸聲墊襯、小型化半導(dǎo)體激光管，傅立葉透鏡、柱面透鏡、保護(hù)膜和環(huán)狀多環(huán)陣列傳感器，它們都位于同一中軸線上，形成一體化的同軸共焦結(jié)構(gòu)；多環(huán)陣列傳感器能分時地激勵產(chǎn)生超聲信號、接收超聲回波信號和接收光聲信號，實(shí)現(xiàn)A型動態(tài)掃描的光聲超聲單個或聯(lián)合探測。本實(shí)用新型集光聲超聲的激發(fā)與傳感為一體，能極大提高光聲超聲的激發(fā)和傳感效率，有效降低激光能量要求的同時提高探測深度，測量靈敏度高，并使裝置結(jié)構(gòu)小型化和實(shí)用化，便于攜帶、操作簡便、成本較低。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于血氧檢測、血糖檢測、HIFU治療和效果監(jiān)測、工業(yè)探傷等領(lǐng)域。
文檔編號A61B5/1455GK201244025SQ200820113090
公開日2009年5月27日 申請日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者劉國棟, 徐景坤, 曾呂明 申請人:劉國棟