本發(fā)明屬于光聲成像，特別涉及一種補償式光聲接收器及方法。

背景技術(shù)：

1、光聲成像是一種結(jié)合了光學和超聲學原理的生物醫(yī)學成像技術(shù)。它利用光聲效應(yīng)，即組織或物質(zhì)吸收激光脈沖能量后產(chǎn)生的聲波，來獲得生物組織的結(jié)構(gòu)和功能信息。光聲成像具有高分辨率和較深的組織穿透能力，因此在醫(yī)學影像學領(lǐng)域具有潛在的重要應(yīng)用。

2、光聲成像的一個關(guān)鍵部件是光聲接收器，它用于接收由光聲效應(yīng)生成的聲信號，并將這些聲信號處理轉(zhuǎn)換為電信號輸出，以便進行信號處理和圖像重建。申請?zhí)朿n202110085865.2的專利申請公開了一種基于橢球面曲率的光聲/超聲雙模態(tài)高頻探頭，該技術(shù)方案通過橢球面形狀擴展景深，提高了成像分辨率，該發(fā)明的圓柱體結(jié)構(gòu)中部挖洞，便于傳輸入射激光和接收回波超聲信號，但缺點是其采用的空腔結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中缺少壓電材料，無法接收聲信號，使得部分聲信號丟失，從而影響接收器探測靈敏度和系統(tǒng)的成像質(zhì)量。申請?zhí)朿n201810515835.9的專利申請公開了一種透明化超聲換能器，該發(fā)明能夠無縫集成光學和超聲部件，且具有超高的光學透明度，允許更多的光線通過，有利于提高成像質(zhì)量，但是制造具有高透明度和良好聲學性能的透明超聲換能器存在技術(shù)挑戰(zhàn)，需要開發(fā)新的材料和設(shè)計，比如透明化的壓電單元、透明化的電極、透明化的背襯層等，且制備過程復(fù)雜、成本高昂。

3、另外，目前光聲成像技術(shù)中常用的中空換能器所采用的空腔結(jié)構(gòu)使得光信號更易傳播，但也存在著聲信號丟失等缺陷，嚴重影響了信號收集的完整性和圖像重建的質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了至少解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之一，本發(fā)明提供一種補償式光聲接收器，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造合理，該光聲接收器的補償模塊能夠補償丟失的聲信號，兩個聲場聲信號的疊加，可以使得收集的聲信號更加完整，從而提高接收器探測靈敏度和圖像重建的質(zhì)量。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種補償式光聲接收器，包括接收器外殼、中空換能器、補償模塊和平面換能器；

3、所述中空換能器設(shè)置在所述接收器外殼內(nèi)，所述中空換能器包括空心圓柱體背襯層和環(huán)形高頻壓電元件，所述空心圓柱體背襯層與所述接收器外殼同軸設(shè)置，所述圓柱體透明玻璃，底部呈凹面，用于聚焦聲信號，所述環(huán)形高頻壓電元件貼合設(shè)置于所述空心圓柱體背襯層的底部凹面；

4、所述補償模塊套裝在所述中空換能器中，所述補償模塊包括棱鏡組和圓柱體透明玻璃，所述圓柱體透明玻璃同軸位于所述空心圓柱體背襯層的空腔內(nèi)，所述棱鏡組固定在所述圓柱體透明玻璃的頂部；

5、所述平面換能器設(shè)置在所述補償模塊頂部。

6、中空換能器為中空結(jié)構(gòu)，其可以套合固定補償模塊。

7、優(yōu)選的，環(huán)形高頻壓電元件貼合于空心圓柱體背襯層底部的凹面上，且兩者同軸心。

8、棱鏡組與透明圓柱體玻璃粘合在一起，透明圓柱體玻璃套合在空心圓柱體背襯層中；平面換能器貼合于補償模塊頂部。

9、空心圓柱體背襯層與補償模塊、接收器外殼同軸心套合在一起。

10、優(yōu)選的，所述接收器外殼為鋁質(zhì)。

11、優(yōu)選的，所述的中空換能器設(shè)置在接收器外殼內(nèi)部，接收器外殼與中空換能器之間的空隙由膠水層填充。

12、優(yōu)選的，所述膠水層采用了紫外光固化膠和樹脂防水膠；首先將接收器外殼與空心圓柱體背襯層置于同軸心位置，使用紫外光固化膠進行填充固定；然后使用樹脂防水膠對底部進行填充，通過膠水層不僅能夠?qū)崿F(xiàn)兩者的連接，還具備防水的作用。

13、優(yōu)選的，環(huán)形高頻壓電元件通過環(huán)氧樹脂粘貼于空心圓柱體背襯層底部的凹面上，平整無褶皺，且兩者同軸心?？招膱A柱體背襯層底部設(shè)置成凹面，而環(huán)形高頻壓電元件具備凸面，所述凸面貼合設(shè)置在空心圓柱體背襯層的凹面上。

14、優(yōu)選的，所述空心圓柱體背襯層采用環(huán)氧樹脂-鎢粉材料制成，制備過程包括：將環(huán)氧樹脂固化劑按照1：0.35的比例加入到環(huán)氧樹脂中，倒入66％～71％的鎢粉和6％的氮化硼粉末，攪拌混合至灰色液態(tài)，然后將樣品放入真空箱抽去氣泡和空氣，最后將樣品倒入模具，放于恒溫烤箱中加熱固化成型。其中鎢粉質(zhì)量分數(shù)約為66％～71％，其聲衰減系數(shù)和聲阻抗值較高，聲阻抗值在5.5mrayls～6.6mrayls，聲衰減系數(shù)在15.7db/cm～16.3db/cm。生物組織發(fā)出的聲信號部分被高頻壓電元件接收，少部分穿過高頻壓電元件，再被空心圓柱體背襯層反射至高頻壓電元件接收，提高了接收聲信號的效率，從而提高接收器的探測靈敏度，同時也用于支持、隔離和保護高頻壓電元件。

15、優(yōu)選的，所述環(huán)形高頻壓電元件采用寬頻帶的pvdf材料，通過將pvdf壓電薄膜制成環(huán)形而形成，環(huán)形高頻壓電元件用于聚焦并接收聲信號；pvdf壓電薄膜有較小的聲阻抗值，聲阻抗值在1.5mrayls～3.0mrayls，可以實現(xiàn)與水和人體組織較好的聲阻抗匹配，無需匹配層。

16、優(yōu)選的，所述的補償模塊的圓柱體透明玻璃套合在中空換能器中，通過環(huán)氧樹脂與空心圓柱體背襯層粘合在一起；所述圓柱體透明玻璃底部凹面的曲率半徑公式為r＝f(1-1/n)，其中n為聲信號在玻璃中和水中的傳播速度之比，f是聚焦焦距。

17、優(yōu)選的，所述補償模塊的棱鏡組的底部與圓柱體透明玻璃的頂部通過超聲膠粘合在一起，且所述棱鏡組和所述圓柱體透明玻璃的中心對齊。

18、優(yōu)選的，所述棱鏡組用于反光透聲，包括兩塊金屬鍍膜的的棱鏡，兩塊所述棱鏡相互固定。

19、進一步優(yōu)選的，所述棱鏡組由兩塊鍍鋁膜的棱鏡通過紫外光固化膠粘在一起，鋁的聲阻抗約為17.1mralys，玻璃的聲阻抗約為18.9mrayls，鋁與玻璃有較好的聲阻抗匹配，超聲波在此材料內(nèi)部的衰減較小，有利于超聲波透過。

20、優(yōu)選的，所述平面換能器貼合于圓柱體透明玻璃的頂部，接收由圓柱體透明玻璃聚焦的聲信號，平面換能器采用壓電陶瓷材料，該材料具有高的機電耦合系數(shù)，具有高靈敏度、高穩(wěn)定性特點。

21、優(yōu)選的，所述平面換能器與棱鏡組通過超聲膠粘合在一起。

22、本發(fā)明還提供一種信號接收方法，采用前述光聲接收器，所述方法包括：將所述光聲接收器置于生物組織上，向棱鏡組照射激光脈沖光束，光束通過棱鏡組反射，然后穿過透明圓柱體玻璃，照射至生物組織上，生物組織吸收激光脈沖能量，生成聲信號；

23、生成的聲信號一部分被環(huán)形高頻壓電元件聚焦接收，形成第一部分聚焦聲場；另一部分聲信號被補償模塊聚焦，穿過棱鏡組，然后被平面換能器接收，形成第二部分聚焦聲場；

24、第一部分聚焦聲場被環(huán)形高頻壓電元件轉(zhuǎn)換為電信號輸出，第二部分聚焦聲場被平面換能器轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下的優(yōu)點及效果：

26、(1)單一的中空換能器只有部分聲信號被接收，其余聲信號從中間空腔散失；本發(fā)明在中空換能器的空腔中加入補償模塊，能夠?qū)G失的聲信號收束至平面換能器，實現(xiàn)聲信號的補償接收。

27、(2)在本發(fā)明中，產(chǎn)生的聲信號一部分被接收器的環(huán)形高頻壓電元件接收，形成第一部分聚焦聲場；另一部分穿過補償模塊被平面換能器接收，形成第二部分聚焦聲場；兩個不同聲場的聲信號共同作用，有助于補償損失的聲信號，使得獲取的聲信號信息更完整，從而可以提高接收器探測靈敏度和圖像重建的質(zhì)量。

28、(3)本發(fā)明提供了一種光聲信號補償接收器，結(jié)構(gòu)簡單，能很好的配合光聲成像系統(tǒng)。