[发明专利]偏振光声穆勒矩阵成像方法和系统

说明书

本发明公开了一种偏振光声穆勒矩阵成像方法和系统，方法包括以下步骤：利用多束偏振光作为激发光，照射到具有各向异性吸收的吸收体上；研究分子的各向异性吸收特性，精确表达偏振光激发下的光声信号，提取各向异性吸收体偏振吸收的特异性信息；计算激发光的Stoke矢量，考虑多束偏振光激发产生的光声信号幅值大小，得到光声穆勒矩阵；基于得到的光声穆勒矩阵，获取目标物质的多维特异性信息，根据获取的多维特异性信息，构建光声穆勒矩阵成像的理论模型并进行成像。本发明克服了偏振光显微镜载体成像深度受限的局限性，能三维、无损、高灵敏的检测目标样品的内部微观结构信息，在生物医学影像和高精密材料检测上有重大的应用前景。

技术领域

本发明属于光声成像技术领域，具体涉及一种偏振光声穆勒矩阵成像方法和系统。

背景技术

光声成像通过结合光学成像的高选择性和超声成像的深层成像优势，已在生物医学领域和材料检测领域等得到了广泛的研究。传统的光声成像通常假设吸收体是光学各向同性的，因而普遍采用非偏振或忽略其偏振特性的脉冲光束作为信号激励源。然而，自然界或人工产品中有大量的各向异性吸收的物质存在，通过将光声成像技术与线偏振激光激发相结合，将有可能无损的获取物质深层吸收体的光学各向异性特异性信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种偏振光声穆勒矩阵成像方法和系统，基于成像目标物的光吸收跃迁偶极矩具有方向矢量性的特点，用6束完偏振脉冲光作为激发源，利用光声效应的原理，通过检测6束激光各自激发产生的光致热弹超声波幅值大小并比较差异，提取样品的光吸收系数，各向异性度，跃迁偶极矩取向，圆二向色性，四个信息参数实现无损，无标记，三维多信息参数成像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

偏振光声穆勒矩阵成像方法，包括以下步骤：

利用多束偏振光作为激发光，照射到具有各向异性吸收的吸收体上；

研究分子的各向异性吸收特性，精确表达偏振光激发下的光声信号，提取各向异性吸收体偏振吸收的特异性信息；所述各向异性吸收体是目标物体中内源的或外源标记的纳米探针；

计算激发光的Stoke矢量，得到激发光的Stoke矢量矩阵；考虑多束偏振光激发产生的光声信号幅值大小，得到光声信号矩阵；基于Stoke矢量矩阵和光声信号矩阵，得到光声穆勒矩阵；

基于得到的光声穆勒矩阵，获取目标物质的多维特异性信息，包括描绘目标物质吸收特性的光吸收系数CPA、目标物质的各向异性度DOA、目标物质的跃迁偶极矩取向TDMO以及描绘目标物质对左右圆偏振光吸收的差异的圆二向色性PACD，根据获取的多维特异性信息，构建光声穆勒矩阵成像的理论模型并进行成像。

进一步的，所述利用多束偏振光作为激发光具体为利用四束完全线偏振光、一束右旋圆偏振光以及一束左旋圆偏振光作为激发光；

所述四束完全线偏振光的偏振方向分别为0°、90°、45°以及-45°。

进一步的，所述研究分子的各向异性吸收特性具体为：

定义平行和垂直方向的跃迁偶极矩基矢分别为i，j，则

其中，在激发光照射范围内有多个分子吸收体时，跃迁偶极矩M是多个分子跃迁偶极矩M_n的矢量和，即跃迁偶极矩M的取向分布在θ+Δθ的范围内，当激光照射范围内分子取向一致的情况下，Δθ越小，表现出更强的各向异性吸收特性，当分子取向越混乱Δθ越大，则各向异性吸收特性越弱；在激发区域内存在多个分子吸收体时，由于分子轴取向有序度Δθ的不同，导致光声信号随角度θ有不同的变化关系；因此，光声信号既依赖于角度Δθ又依赖于角度θ，并且Δθ越大，光声信号的各向异性吸收特征表现得越弱；