新型光声探测理论与方法的研究

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光声成像技术是一种新近发展的生物医学影像技术,它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点,同时具有无损伤、无电离效应等优势,正逐步成为生物组织无损检测领域的一个研究热点。近年来得到国内外学者越来越多的关注和研究,出现了各种光声成像方法。目前大多数的成像方法都是依靠各种算法来实现图像重建,其优点是避免了声波衍射效应的限制,因而可以实现高分辨率成像。但由于重构算法需要对成像物体进行扫描或数据平均处理等,所需时间较长,难以实时、在位地成像。之前,我们课题组为了可以克服上述缺点,提出了利用声透镜直接对光声信号成像。并结合了时间分辨技术,实现快速光声成像。然而,基于声透镜的光声成像系统的分辨率不高,成像质量还没有达到理想的结果。同时,系统需要做垂直扫描,难以进行实时成像。   因此,本文一改以往对超声信号的直接压电探测,以利用光学方法去探测光声信号为目的,基于“光声-压力-折射率改变或表面位移-光强信号变化”的原理,提出了两种新型的光声探测方法,即基于表面等离子体共振(SPR)的光声探测方法和基于激光多普勒微振探测原理的光声探测方法,并对其进行了研究。该方法有望发展成为光声实时成像装置,将对生物医学成像的发展起到积极的推动作用。全文内容如下:   第一,对Paltauf等人提出的基于棱镜临界全反射的光声探测法的原理进行分析,提出了基于SPR的光声探测方法。通过matlab数值模拟,对该方法的成像灵敏度特性进行了分析。经过方法对比,指出其成像灵敏度优势,以及提高这一成像方法灵敏度的主要途径,并提出了该方法实现的关键要素。   第二,介绍了激光多普勒技术原理,详细推导了相关公式,通过数值仿真,对实验结果进行分析,验证了推导的正确性。   第三,基于激光多普勒微振探测原理,提出了激光多普勒光声探测方法。介绍了该方法在最佳状态下,其探测灵敏度与误差率。对超声信号的探测实验结果进行了分析。   第四,利用单自由度系统理论,解析了探测振镜的响应问题。对系统光声信号探测的实验结果进行了分析,提出了运用自行设计的移动平均数字滤波器对信号进行去噪处理,可以有利于该探测方法对弱信号的实时探测,提高了其探测性噪比。最后指出了该方法的缺点及改进的方向。   最后,对全文进行了总结,并对提出的两种新型方法进行了技术展望。
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