[发明专利]一种共焦的光声荧光同时成像方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于无损测试测量技术领域，特别涉及一种共焦的光声荧光同时成像方法与装置。

背景技术

光声成像技术利用短脉冲激光激发产生光声信号，可重建出组织的光吸收分布图像，它结合了纯光学成像的高对比度和纯声学成像的高分辨率特性。光声成像技术不仅能够有效的刻画生物组织结构，还能够精确实现无损功能成像，为研究生物组织的形态结构，生理、病理特征，代谢功能等提供了全新手段。

而荧光共焦显微镜由于其高分辨率，高灵敏度以及独特的轴向层析成像能力几乎适用于细胞生物学、细胞生理学、神经生物学和神经生理学等所有涉及细胞研究的医学和研究领域。它不仅可以通过对获得或固定的细胞以及组合i帧进行无损伤的“光学切片”获取精细的细胞骨架、染色体、细胞器和细胞膜系统的三维图像，并同时进行单标记或双标记细胞以及组织标本的荧光稳定性定量分析，还可以用于活细胞的生理信号诸如电位等。

将以上两种成像技术结合在一起，同时对组织进行成像，实现组织的光声和荧光互补成像，可以获取组织或细胞的更多的信息。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种共焦的光声荧光同时成像方法。

本发明的另一目的在于提供采用上述方法进行成像的装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种共焦的光声荧光同时成像方法，包括以下操作步骤：

(1)光声荧光激发光源发出的脉冲激光经过显微镜物镜聚焦后的点光斑落在样品上，同时激发产生光声信号和荧光信号；

(2)光声信号穿过超声耦合液后被碗状中空聚焦超声探测器接收，荧光信号经过分光镜和滤光片滤光后被光电倍增管接收，两路信号被双通道并行采集卡同时采集，再将数据传输并储存到带有采集控制软件和图像重建软件的计算机中；

(3)样品与盛放超声耦合液的超声耦合杯一起放置于二维电动平台上，由装有电机控制软件的计算机控制其移动，每采集完一次光声信号和荧光信号，电动平台移动一步，以对样品进行逐点扫描，用于重建二维图像；

(4)采集完全部的信号后，通过最大值投影的算法重建出样品的光声和荧光图像。

所述步骤(1)中的光声荧光激发光源为短脉冲激光器，输出激发波长可为400～2500nm，脉宽范围为5ns～50ns，重复频率为20～200kHz。

所述步骤(2)中的超声耦合液为水。

所述步骤(2)中的碗状中空聚焦超声探测器的主频为1～100MHz。

所述步骤(3)中的光声荧光激发光源发生器输出的脉冲激光经显微镜物镜聚焦后形成的点光斑直径范围为0.3～2微米，该光斑由于衍射的限制，一般最小达到0.2μm。所述碗状中空聚焦超声探测器的声焦点与脉冲激光经显微聚焦后的点光斑重合，即碗状中空聚焦超声探测器与显微镜物镜共焦点。

一种光声荧光同时成像的装置，是根据上述成像方法进行成像的，该装置包括光声荧光激发光源发生器、碗状中空聚焦超声探测器、光电倍增管、反射镜，分光镜，显微镜物镜、超声耦合杯、样品台、二维电动平台、避光筒、滤光片、双通道并行采集卡和带有采集控制软件、图像重建软件和电机控制软件的计算机；

所述显微镜物镜固定于碗状中空聚焦超声探测器内部，并保证显微镜物镜与碗状中空聚焦超声探测器共焦点；所述盛放超声耦合液的超声耦合杯位于样品正上方，碗状中空聚焦超声探测器和光电倍增管置于超声耦合杯的正上方，其中光电倍增管在碗状中空聚焦超声探测器的上方；

所述光声荧光激发光源发生器、碗状中空聚焦超声探测器、光电倍增管、二维电动平台、双通道并行采集卡与带有采集控制软件、图像重建软件和电机控制软件的计算机依次电气相连。

所述显微镜物镜的放大倍数为1倍，2倍，4倍，10倍以及20倍，成像质量只与放大倍数有关，倍数越高则质量越好。

所述双通道并行采集卡的型号可以为PCI2400(NI公司生产)，但其他型号的也可用；所述采集控制软件和图像重建软件均为Labview软件。

所述二维电动平台由转动电机和移动平台构成，通过电机旋转带动移动平台前后移动，二维电动平台由两个这种电动平台组成，可以实现前后左右四个方向移动；所述电机控制软件为Labview软件。

所述最大值投影的算法是通过Matlab软件自行编写的。