[发明专利]一种生物组织弹性模量测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种生物组织弹性模量测量装置，包括第一电源、第一半导体激光器、第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台、第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源、第一光电探测器、标准样品、分光棱镜和第二光电探测器、单行器、锁相放大器和电脑，本发明还公开了生物组织弹性模量测量方法，单端输入系统产生被测样品的受激布里渊散射信号，双端输入受激布里渊散射系统将该信号放大，从而实现受激布里渊散射频移的高精度检测。

技术领域

本发明属于生物医学和传感技术领域，涉及一种生物组织弹性模量测量装置，本发明还涉及一种生物组织弹性模量测量方法。

背景技术

生物组织是生命体结构和功能的基本单位，其力学特性与机体功能密切相关。而弹性模量是表征生物组织力学性能最主要的一项参数，弹性模量的改变往往和重大病变联系在一起。目前，医学研究和临床上通常采用弹性成像的方法获取生物组织的弹性信息，并主要以此为参考进行病理研究和疾病诊断。弹性成像法主要包括超声弹性成像，核磁共振弹性成像(MRE)以及光学相干弹性成像(OCE)等，其工作原理是对生物组织施加一个内部(包括自身的)或外部的、动态或者静态(准静态)的激励，在物理规律作用下，生物组织将产生一个响应(例如位移、应变、速度)，并且它们的分布会随着激励而发生变化，经过数字信号的一系列处理方法就可以将这些变化量反演成图像，从而得到组织内部力学属性的弹性分布。尽管这些方法在临床上得到广泛应用，但存在分辨率低、成像深度浅等缺点。例如超声弹性成像显示的是病灶对于周边组织的相对硬度，无法提供准确的弹性模量值，且包含多种伪像；磁共振弹性成像空间分辨率的整体水平只有1～3mm，这样的分辨率对于某些疾病检测是远远不够的；光学相干弹性成像空间分辨率相对较高，可达到10μm，但其成像深度最大仅为皮肤下1mm等。

根据受激布里渊散射理论可知，布里渊散射的频移ν_B可表示为：

其中E和ρ分别为样品的弹性模量和密度，n为样品折射率，θ为散射角。一般情况下，θ为0°，可见，通过测量布里渊散射的频移可以确定样品的弹性模量E。

近年来，将受激布里渊散射应用于生物组织力学性能研究引起了国外专家学者的高度重视和浓厚的研究兴趣，成为当前生物组织力学性能研究的前沿技术和主要推动力。基于受激布里渊散射原理测量生物组织弹性模量具有测量速度快，分辨率高和非侵入性等优点，但是现有技术均采用单频激光单端输入的方式，即泵浦激光入射在样品上，由光学干涉系统测量后向散射信号光的频移。为了避免损伤生物样品，泵浦激光较弱(小于15mW)，导致受激布里渊散射信号微弱。因此，为了准确测量受激布里渊散射信号的频移(几GHz～十几GHz)这一关键问题，国外研究热点主要集中在提高光谱仪的性能上。如采用多个串联的Fabry-Perot干涉仪、级联虚拟成像陈列(VIPA)或在VIPA前放置分子吸收盒等。这些方法虽然提高了光谱分辨率(亚GHz)，但存在信号随干涉仪级次增加而减小、吸收盒带来信号失真、后续数据处理过程比较复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物组织弹性模量测量装置，解决了现有技术中存在的测量系统和数据处理过程复杂的问题。

本发明的另一目的是提供一种生物组织弹性模量方法。

本发明所采用的技术方案是，一种生物组织弹性模量测量装置，包括第一电源，第一电源连接第一半导体激光器，第一半导体激光器沿其光波的光轴方向依次设有第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台，第一偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源，右侧设有第一光电探测器，第一光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，第三偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有标准样品、分光棱镜和第二光电探测器，第二光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，分光棱镜位于第二偏振分光棱镜的偏振光束上，第二偏振分光棱镜与分光棱镜之间设有单行器。