[发明专利]相干门控光声遥感（CG-PARS）

说明书

本发明涉及一种用于以光学分辨率成像样本中的次表面结构的相干门控光声遥感系统可以包括：激发光束源，该激发光束源配置成生成激发光束，该激发光束在激发位置感生超声信号到样本中；探询光束源，该探询光束源配置成生成在探询位置入射到样本上的探询光束，该探询光束的一部分从样本返回，指示所生成的超声信号，该探询光束是低相干光束；光学系统，该光学系统在激发位置将激发光束聚焦到样本上并在探询位置将探询光束聚焦到样本上，该探询位置至少在样本表面之下且在样本之内；以及低相干干涉仪，该低相干干涉仪隔离与样本的探询事件相对应的探询光束的返回部分。

优先权文件

本专利申请根据35U.S.C§119要求申请日为2018年01月26日的美国临时专利申请US62/622,816的优先权，其全文通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及用于体内、离体或体外非接触式成像生物组织的基于激光的方法和系统。

背景技术

本文提出的美国专利和专利公布的全文通过引用明确并入本文。

光声成像是一种新兴的混合成像技术，可提供具有高空间分辨率的光学对比度。射入组织中的纳秒或皮秒激光脉冲发射热弹性感应声波，对其进行探测并重建形成高分辨率图像。

光声成像已研发出多种实施方案，主要包括光声层析成像(PAT)、光声显微成像(PAM)(有时称为声学分辨率光声显微成像(AR-PAM))和光学分辨率光声显微成像(OR-PAM)。在PAT中，从多个换能器位置收集信号并以类似于超声(US)或X射线计算机断层扫描(CT)的方式重建形成断层图像。PAT与另外两种模式的区别之一在于，须对样本做出假定，以便进行重建；这通常涉及假定样本内的声传播速度。在PAM中，通常使用单元件聚焦的高频超声换能器来收集提供声聚焦的光声信号。该换能器连同激发光束可以在样本周围横向扫描以执行体积成像。PAT和PAM通常都使用未聚焦的激发光束来实施。这两种模式都提供了声波限制下的分辨率，并且穿透深度受限于表面光暴露极限和声波衰减。OR-PAM通常同时利用光聚焦和声聚焦，提供了进一步增高的分辨率(～3μm)，而穿透深度(～1mm)受限于基本光传输而进一步减小，即能够合理地保持光聚焦的距离。在所有这三种实施方案中，通常通过声耦换能器或其他声波或声光谐振器来收集声信号。在任何情形下，都能记录各种位置的光声信号，以形成2D或3D光声图像，该图像表示样本在激发波长下的光吸收。所记录的各种峰值振幅暗示局部光吸收，并且相对时延从声传播所需的时间推断出深度。

光声显微成像在大血管到微血管的血管结构成像方面展现巨大潜力。这对于功能和分子成像而言，包括纳米粒子造影剂成像和基因表达成像，也展示了广阔前景。通过使用公知的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白摩尔消光光谱，使用多波长光声成像来进行光谱解混，诸如绘制血氧饱和度图。常规的光声成像需要声耦到样本，因此该技术不适合许多临床应用，诸如创面修复、烧伤诊断、外科手术和许多内窥镜术。在此情形下，物理接触、耦合或浸没不合需要或不切实际。现有技术中报道过一些非接触式光声检测策略。

但迄今为止，尚无任何技术示范以共焦分辨率和光吸收作为对比机制的反射模式实际用于非接触式体内显微成像。早前的多数方法都是用干涉法检测表面振荡，这类方法的灵敏度较差，并且无力于高质量的体内成像。例如，Gurton等人的美国专利公布US2014/0185055提出一种用于感测光声信号的低相干干涉法，该方法结合了光学相干层析成像(OCT)系统，可产生30μm的横向分辨率。Rousseau等人的美国专利公布US2012/0200845(名称为“生物组织检查方法和系统”)揭示另一种系统，其中描述了用于体内或离体的非接触式成像生物组织而无需偶联剂的非接触式光声成像系统。其他系统使用具有光学放大作用的基于光纤的干涉仪来检测光声信号并以声学(而非光学)分辨率形成体模的光声图像。但这类系统的信噪比不佳。此外，未曾示范体内成像，也未示范光学分辨率激发。