[发明专利]一种使用高低频探头配合的轴向高分辨光声成像方法及系统

说明书

一种使用高低频探头配合的轴向高分辨光声成像方法及其装置系统，包括激光发生器、物镜、两个不同中心频率的聚焦型超声探头、三维扫描器、信号采集卡以及工作站。实现光声显微成像系统轴向高分辨成像需求。使用高低频探头配合的轴向高分辨光声成像方法主要是使用两个中心频率不同的聚焦型超声探头，由于不同中心频率的超声探头能够探测的频谱范围不同，将两个不同中心频率的探头获取的光声信号频谱进行融合获得拓展的光声信号频谱，进而提升系统的轴向分辨率。该方法将使系统能够更加真实地反映样品的三维结构信息，拓展光声显微成像的应用范围。

技术领域

本发明涉及光声显微成像领域，特别是涉及一种使用高低频探头配合的轴向高分辨光声成像方法及系统。

背景技术

经过20多年的发展，光声成像已成为发展最快的生物成像技术之一。根据光激发和声探测的形式，光声成像主要有两种类型：光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)和光声显微成像(photoacoustic microscopy,PAM)。PAT使用宽场照明和在多个位置的超声探测，可提供相对低的空间分辨率(几百微米量级) 和较深的成像深度(几个厘米)；PAM使用强或者弱聚焦的照明和聚焦的超声探测，可提供较高的空间分辨率(从几微米到几十微米)和相对较浅的成像深度(一到几个毫米)。光声显微成像已经广泛应用于生物研究中，例如脉管系统的结构成像、脑结构与功能的成像、肿瘤探测等。作为光声成像的重要分支，光声显微成像满足生物成像中高分辨成像需求，能够实现从单细胞到组织的多尺度光声成像。光声显微成像通常使用聚焦的激光光束或者聚焦的超声探头以获得较好的空间分辨率。光声显微成像通常采用点扫描方式，其横向分辨率由光焦点和声焦点共同决定。当对激光束进行强聚焦，此时光焦点小于声焦点，光声信号仅在光焦点区域内得到激发，系统的横向分辨率取决于光焦点的大小，这种成像系统叫做光学分辨光声显微成像系统，反之则称为声学分辨光声显微成像系统。在光声成像中，横向分辨率通过使用高数值孔径的物镜聚焦很容易达到几微米级别甚至几百纳米水平。但是在轴向上，系统的轴向分辨率由超声换能器的带宽决定。由于超声换能器带宽较窄(几十兆赫兹水平)，其能提供的轴向分辨率约在几十微米水平，且很难进一步提升至优于10微米。较低的轴向分辨率导致三维空间分辨率不均匀，成像无法正确反映样品的真实结构，而真实的结构信息是后续上进行功能等分析的基础。因此，有必要研究出一种在保证系统原有性能的基础上提升轴向分辨率的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的光声显微成像系统中轴向分辨率低的问题，提供一种能够获得轴向高分辨的使用高低频探头配合的光声显微成像方法及系统。

一种使用高低频探头配合的轴向高分辨光声成像方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：泵浦激光器出射激光，光束通过第一物镜耦合进单模光纤，光束从光纤出来后经过第一聚光镜进行准直，随后通过第二物镜聚焦在样品上产生光声信号；

S2：使用两个中心频率不同的聚焦型超声探头第一聚焦性超声探头和第二聚焦性超声探头分别获取光声信号，由于超声探头的中心频率不同获得的光声信号频谱范围不同，信号被信号放大器放大后被信号采集卡采集；

S3：对获取的两个光声信号分别进行傅里叶变换，得到光声信号频谱，将这两个光声信号频谱进行融合获得拓展后的光声信号频谱，最后对融合后的光声信号频谱逆傅里叶变换或者轴向高分辨图像；

S4：进行二维光栅扫描获取三维数据。

较佳的，S1所述第二物镜为竖直放置，使激光束由上往下聚焦。

较佳的，S2所述的两个中心频率不同的聚焦型超声探头第一聚焦性超声探头和第二聚焦性超声探头对称放置在第二物镜两旁，并与第二物镜成45度夹角，超声探头焦点与第二物镜光焦点重合以获得较佳的信噪比。两个超声探头的中心频率f1、f2选型应考虑两个超声探头的带宽(通频范围)，两个探头的通频范围应该不重叠且连续。