[发明专利]一体化整合的便携式共焦光声显微成像方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，特别涉及一种一体化整合的便携式共焦光声显微成像方法及装置。

背景技术

当用光辐照某种吸收体时，吸收体吸收光能量而产生温升，温度升降引起吸收体的体积胀缩，产生超声波，这种现象称为光声效应。光声效应自19世纪被发现以来一直受到人们的关注，其在各个方面都有不同程度的应用。作为一种新型的成像技术，光声成像在越来越多的领域得到了应用。该成像技术以短脉冲激光作为激励源，以及由此激发的超声信号作为信息载体，通过对采集到的信号进行图像重建，进而得到组织的光吸收分布信息，该技术融合了纯光学成像技术的高对比度和纯声学成像的高分辨率的优点。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，在生物医学领域具有广阔的应用前景。光声显微成像技术则是近几年发展比较迅速的一种成像技术，它不仅具有高分辨，高对比度等优点，而且已经深入到细胞层面，可以利用细胞内部结构的吸收差异来成像细胞内部精细结构及其功能。目前光学显微镜难以逾越在成像深度上的限制，因此其无法做到在体深层次的成像，而光声则是依靠吸收差异成像，并结合了超声的成像深度深及光学成像对比度高的优点。因而光声显微成像技术具有比纯光学显微成像技术无法比拟的优越性。

发明内容

为了克服以上现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种一体化整合的便携式共焦光声显微成像装置，该装置为便携式可移动的共焦光声显微成像装置。

本发明的另一目的在于提供利用上述装置进行成像的方法，利用该方法可以实现高速、高分辨、高对比度成像。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种一体化整合的便携式共焦光声显微成像装置，其结构示意图见图1，该成像装置包括扫描头组件、声光共焦组件、光能反馈组件、信号采集/传输/重建组件及仪器固定/支撑器械组件；

其中，所述扫描头组件包括光声激发源和微型X-Y二维振镜；

所述声光共焦组件，即为声光共焦光声探测器，包括胶合透镜组和中空聚焦超声换能器，胶合透镜组内嵌在中空聚焦超声换能器中，生产为一整体，两者严格共轴并共焦点，即胶合透镜的焦点与中空超声聚焦换能器的焦点重合，实现光声共焦成像，声光共焦光声探测器的焦点即为中空超声聚焦换能器的焦点，也为胶合透镜的焦点；

所述光能反馈组件包括分光镜、透镜及光电二极管；

以上所述光声激发源、微型X-Y二维振镜与分光镜、透镜以及光电二极管以严格共轴结构固定在可移动的暗箱中，该暗箱与声光共焦光声探测器通过精密机械接口结合为一整体，保证该显微成像装置的可移动性能；

所述信号采集/传输/重建组件是由双通道并行采集卡、同轴电缆、安装有采集控制及信号处理系统的计算机依次相连组成；仪器固定/支撑器械组件支撑扫描头组件及光能反馈组件，并使其与声光共焦组件相连接。

所述光能反馈组件将从分光镜分束出来的脉冲激光通过透镜聚焦以后用光电二极管接收，实时监测激光能量输出大小，对从各扫描点接收的光声信号实现实时的动态幅值补偿。

为了更好地实现本发明，所述扫描头组件中的光声激发源包括透镜、针孔和微片激光器；所述微片激光器采用高重复频率短脉冲微片激光器，型号可以为HLX-I-F005，其他型号可用；微片激光器大小为80×90×104mm³，重复频率为1Hz～5kHz。

所述中空聚焦超声换能器主频为1～75MHz。

所述双通道并行采集卡的型号可以为NI 5224，National Instrument，USA生产。

所述采集控制及信号处理系统是用Labview和Matlab自行编写的。

所述精密机械接口为大小为M20×0.7的精密螺纹机械接口。

一种利用上述装置进行成像的方法，包括以下操作步骤：

(1)将声光共焦光声探测器安装在包括光声激发源和微型X-Y二维振镜的扫描头组件上，使声光共焦光声探测器中的中空聚焦超声换能器下端进入耦合液的深度为5～10mm，盛放耦合液的耦合槽置于样品的正上方；同时使声光共焦光声探测器的焦点落在样品表面上，以上位置关系可形成一种反射接收方式，即产生的光声信号通过耦合液被样品正上方的声光共焦光声探测器接收，该接收方式可以在时间上分辨出轴向的信号，便于重建组织的三维图像；