[发明专利]一种光声超声双模式高分辨显微成像系统及方法

说明书

一种光声超声双模式高分辨显微成像系统及方法，包括脉冲激光发生器、超声探头、超声波发生器、数字延时器、三维扫描器、采集卡。三维扫描器带着超声探头在横向上移动一歩会发出位置同步信号，该信号触发脉冲激光发生器发出激光脉冲，通过物镜强聚焦激发光声信号；同时该同步信号接入数字延时器进行延时，输出信号触发超声波发生器，产生高频超声信号，经超声探头强聚焦在样品上，从而获得较高横向分辨率；最后光声信号和超声信号经放大后被采集卡先后依次采集。本发明实现光声和超声双模式的高分辨成像，拓展了系统的使用范围。

技术领域

本发明涉及光声显微成像领域，特别是涉及一种光声超声双模式高分辨显微成像系统。

背景技术

光声成像是近期得到快速发展的一项新的成像技术。其原理为用脉冲激光照射样本，样本被激光照射后会瞬间温升并产生热弹性膨胀，这时样本会发出超声波，超声波信息被探测器收集到后就能够用重建算法成像。这个方法同时结合声、光学成像的优点，具有高对比度、高空间分辨率特性。光声成像已被广泛应用于生物医学的各个研究领域。光声显微成像作为光声成像的重要分支，拥有较高的空间分辨率，能够实现从细胞到组织的多尺度成像。根据分辨率的不同，可分为光学分辨光声显微成像系统和声学分辨光声显微成像系统。在光学分辨光声显微成像系统中，光焦点远远小于声焦点，横向分辨率取决于光焦点的大小，通常能达到几微米级别；而在声学分辨光声显微成像系统中，声焦点远远小于光焦点，横向分辨率由声焦点决定，通常在几十微米级别。

超声成像技术是一种在临床上应用比较成熟的技术。其成像原理是由于组织之间声学特性存在差异，超声信号会在组织界面发生折射、反射、衍射、散射等物理特性。根据回波信号到达探头的时间来判定目标的位置，回波的强度来分析目标的性质，通过后续图像处理形成超声图像。

超声成像具有较高的软组织分辨、无损非侵入式、穿透性高等优点。但超声也存在着不足之处，一是获得的图像由于噪声影响对比度不高；而是由于声阻抗是差异是超声成像的基础，超声成像只能做到界面反射成像(获取表面轮廓等形貌信息)。而光声成像是基于光吸收的成像，对比度高，能够对组织内部吸收体进行很好的成像。因此超声成像和光声成像的结合将形成优势互补，更好地实现结构和功能的成像。

但目前光声超声双模式成像普遍存在空间分辨率低的问题，特别是超声成像中很难将横向分辨率提升至毛细血管尺寸级别。Kolkman等人在商业超声成像系统基础上改造的光声超声成像系统，其超声信号接收和产生通过一个128 阵元的超声换能器阵列实现，激发光声信号的光源采用的是宽场均匀光照，其空间分辨率在百微米级别，无法对毛细血管(尺寸在5-10微米)进行成像。Tyler Harrison等也开发了一套共轴共焦系统，该系统单个聚焦性超声探头置于中间，光束通过棱镜形成一个环形光束，并聚焦在样品上，该系统光声成像横向分辨率约为180微米，超声成像中横向分辨率约为140微米。

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超声双模式显微成像系统中空间分辨率低的问题，提供一种能够获得分辨率在毛细血管尺寸级别的高分辨光声超声显微成像系统。

一种光声超声双模式高分辨显微成像系统，主要包括脉冲激光发生器、超声探头、数字延时器、超声波发生器、采集卡、工作站、三维扫描器；

所述脉冲激光发生器和工作站、三维扫描器电性连接；

所述工作站和脉冲激光发生器、采集卡、三维扫描器电性连接。

一种光声超声双模式高分辨显微成像方法，包括：

S1：三维扫描器19载着超声探头在工作站14的控制下在横向上移动一个步距，同时三维扫描器19输出一个位置同步信号；

S2：位置同步信号触发脉冲激光发生器1发出激光脉冲，最终被物镜5聚焦在样品6上，形成光焦点，激发产生光声信号，被超声探头接收后，通过放大器12放大，最终被采集卡13采集；