本发明涉及光声成像，具体涉及一种基于相位解调的光声成像方法及装置。
背景技术：
1、光声成像是近些年来蓬勃发展的一种生物医学成像技术，具有非侵入、高分辨率、深穿透性等特点。这种成像技术结合了纯声学组织成像的深穿透性和纯光学组织成像的高分辨率、高对比度，可以实现功能成像和分子成像。光声成像利用光声效应实现：使用短脉冲激光(通常几个纳秒的脉宽)照射样品，导致样品吸收光能并升温，进而快速膨胀产生超声波。通过检测这些光声效应产生的超声波(即光声信号)，对其进行重建，即可生成样品的光吸收分布图像。
2、目前，光声信号的探测方式分为接触式光声检测和非接触式光声检测。大多数接触式光声检测是基于压电式超声换能器，由于存在多个声阻抗不匹配界面，超声的反射损耗严重影响检测的灵敏度，因此进行成像时，在样品和压电陶瓷探测器之间必须使用声耦合剂(水)，以减小超声的反射损耗。。在很多医学检测场景中，如烧伤诊断和脑外科检测，需要避免物理接触，以减少感染风险。因此，需要发展非接触式的检测方法。
3、为了解决接触式光声检测存在的问题，基于光学干涉的光声检测技术被用于光声成像，与使用压电换能器的探测方法相比，光学干涉法有许多优点，如非接触、易于装置小型化等。专利一种光声成像探头及光声成像系统(201911325839.1)使用光纤超声传感器来接收超声信号，这种方法虽然使用光学探测方法，但是仍然需要使用耦合介质，和基于换能器的检测方法类似，是一种接触检测方法。专利一种正交相位保持的三波长解调式光纤声传感系统和方法(201910828132.6)使用fabry–perot干涉式光纤声传感器来接收超声信号，这种方法也是接触式测量，同样需使用耦合介质。专利一种非接触光声成像装置及方法(201910587193.8)使用光学干涉法非接触检测样品内光声信号激发点探测光的反射光强变化，但其成像基于强度解调，灵敏度较低，需要提高激发光源能量来实现高信噪比的光声信号。
技术实现思路
1、本发明主要解决光声成像技术中需要使用耦合剂的问题，以及基于光学干涉法的非接触光声成像技术中，使用强度解调灵敏度低的问题。使用相位解调可以提高探测灵敏度，但是无法解决相位随机性问题。针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于相位解调的光声成像方法及装置。
2、一种基于相位解调的光声成像方法，包括超声信号激发过程、超声信号检测过程和超声信号解调过程，基于相位解调的光声成像装置实现；
3、所述超声信号激发过程具体为：激发光源1发射激发光，经过二向色镜3到透镜4，聚焦到待测样品5；待测样品5将吸收的光能转化成热能升温，待测样品5发生局部膨胀，即产生光声效应；
4、所述超声信号检测过程具体为：探测光源7发出探测光进入2×2光纤耦合器8，分成样品光和参考光；参考光进入3×3耦合器13；样品光经光纤环形器第一端口10进入光纤环形器9，从光纤环形器第二端口11输出，进入准直器6中，经二向色镜3反射和激发光合成一路，经透镜4聚焦至待测样品5上；
5、当样品5发生局部膨胀时，折射率发生变化，导致从样品5反射的样品反射光光程产生变化，即反射的样品光相位发生变化；从待测样品5反射回准直器6的样品反射光进入光纤环形器第二端口11，并经光纤环形器第三端口12输出，进入3×3光纤耦合器13；进入3×3光纤耦合器13的参考光和样品反射光经3×3光纤耦合器13分别输出三路信号，三路信号分别进入光电探测器a14、光电探测器b15、光电探测器c16，三路信号分别于光电探测器内发生干涉并转换成电信号；每路电信号分出两端；一端电信号分别经高通滤波器a17、高通滤波器b18、高通滤波器c19进入数据采集卡20，另一端电信号直接进入数据采集卡20，进入数据采集卡20的6路信号传给电脑21，最终由电脑21解调出超声信号。
6、所述基于相位解调的超声信号解调过程具体为：
7、经过光电探测器a14、光电探测器b15、光电探测器c16输出的三路电信号为：
8、
9、和表示三路电信号之间的相位差，由光纤3×3光纤耦合器(13)的结构决定；c1、c2、c3为直流分量；在激发光作用下，样品折射率改变导致的样品反射光和参考光的相位差为在激发光未作用下，样品反射光和参考光的相位差为θ(t)；ai(t)和di(t)为干涉耦合项的幅度，i＝1，2，3；
10、假定激发光在t0时刻开始发出，由于激发光是纳秒级的短脉冲光，导致的样品光的相位变化是个瞬变过程，而由于环境扰动导致的干涉信号的变化θ(t)是个缓变过程。其中d1(t)cos(θ(t))，表示激发光未开启时缓变的干涉信号部分，表示激发光开启后光声信号导致的瞬变干涉信号；
11、假定激发光在t0时刻开始发出，在t0时刻之后，经过高通滤波器后数据采集卡20采集的三路电信号如下：
12、
13、由式(2)得样品反射光和参考光的相位差，
14、
15、在t0时刻之前，未经过高通滤波器的三路电信号如下：
16、
17、由式(4)得样品反射光和参考光的相位差，
18、
19、由于θ(t)和在t0前后间隔很短的时间测量，认为激发光导致的相位改变的绝对值为和样品光声效应的强度成正比，根据的值进行光声成像；
20、通过电脑21控制位移平台22实现二维扫描，进而得到光声图像。
21、一种基于相位解调的光声成像装置，所述基于相位解调的光声成像装置包括激发光源1、光学干涉测量系统2、二向色镜3、透镜4、样品5和位移平台22；
22、光学干涉测量系统2包括探测光源7、2×2光纤耦合器8、光纤环形器9、3×3光纤耦合器13、光电探测器、高通滤波器和电脑21；探测光源7、2×2光纤耦合器8和光纤环形器9依次排布；光纤环形器9布置三个端口，分别为光纤环形器第一端口10、光纤环形器第二端口11和光纤环形器第三端口12；光纤环形器第一端口10用于接收2×2光纤耦合器8传输的样品光，光纤环形器第二端口11用于输出样品光至准直器6以及接收从样品5反射回准直器6的反射光；光纤环形器第三端口12用于输出反射光至3×3光纤耦合器13一端；2×2光纤耦合器8传输参考光至3×3光纤耦合器13一端；3×3光纤耦合器13另一端的三个端口分别连接三个光电探测器，每个光电探测器分出两端，一端经高通滤波器连接至电脑21中的数据采集卡20，另一端直接连接至电脑21中的数据采集卡20；
23、样品5位于位移平台22上；激发光源1、二向色镜3、透镜4、样品5依次排布，二向色镜3接收激发光源1发出的激发光，反射准直器6的样品光至透镜4，同时反射样品5反射的反射光至准直器6。
24、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
25、1、使用光学干涉测量系统解决了基于压电式换能器光声成像的声阻抗不匹配问题，以及小型化导致降低测量灵敏度问题。
26、2、使用光激发和光探测方法，待测样品不需要物理接触并且不需要使用声耦合介质，进而可以保证样品不受污染。
27、3、使用基于3×3光纤耦合器的相位解调方法，解决了相位解调的随机相位问题，探测过程不受外界干扰，无需高能量激光激发出强电信号，可以保持稳定的高灵敏度。
1.一种基于相位解调的光声成像方法，其特征在于，包括超声信号激发过程、超声信号检测过程和基于相位解调的超声信号解调过程，基于相位解调的光声成像装置实现；
2.根据权利要求1所述的基于相位解调的光声成像方法，其特征在于，所述基于相位解调的超声信号解调过程具体为：
3.一种根据权利要求1或2所述光声成像方法所使用的基于相位解调的光声成像装置，其特征在于，所述基于相位解调的光声成像装置包括激发光源(1)、光学干涉测量系统(2)、二向色镜(3)、透镜(4)、样品(5)和位移平台(22)；
