光声成像的2、光声成像原理与系统

发布网友发布时间：2022-05-11 03:10

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光声信号产生的基本原理是：当用短脉冲激光照射吸收体时，吸收体中的分子吸收光子后，当满足一定的条件时，吸收体分子的电子从低能级跃迁到高能级而处于激发态，而处于激发态的电子极不稳定，当电子从高能级向低能级跃迁时，会以光或热量的形式释放能量。在光声成像应用中通常会选择合适波长的激光作为激发源，使吸收的光子的能量转化为热能的效率最大，通常从光能转化为热能的效率可达到90%以上。释放的热量导致吸收体局部温度升高，温度升高后导致热膨胀而产生压力波，这就是光声信号。因此，光声信号的产生过程就是“光能”－“热能”－“机械能”的转化过程。
图1 光声成像工程 (a)光声信号激发与探测；(b)光声成像实现过程示意图
光声成像过程可以分为三个部分：信号的产生、信号的接收和信号处理及图像重建（见图1）。由于脉冲激光器具有光声转换效率高的优点，因此通常被作为光声成像研究中产生信号的激励源。脉冲激光器发出的激光束照射在待研究组织样品上，由于组织样品的吸收效应，在样品内部形成了与组织光学参数相关的能量沉积分布。由于激光脉宽很窄（ns）吸收的能量不能在短时间内释放，导致瞬间温度变化，从而通过热弹机制转化为热膨胀。周期性热流使周围的介质热胀冷缩而激发超声波，由于这种超声波信号的特殊产生机理，为了区别于其它的超声信号，通常称为光声信号。利用超声探测器接收光声信号并对采集到的信号进行适当地处理和采用相应的图像重建算法，就能够得到样品内部光能量沉积的分布。当保证入射光的均匀性的前提下，光声重建图像与吸收分布具有一一对应的关系。