[发明专利]基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法

说明书

本发明提供了基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法。该基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统包括：OCT成像装置，光声成像装置，样本放置装置，控制和信号处理装置；所述OCT成像装置包括第一光源，第一光传输装置，第一光信号检测装置；所述光声成像装置包括第二光源，第二光传输装置，光声传感装置，以及第二光信号检测装置；其中，所述光声传感装置基于表面等离子体共振传感技术，包括第三光源，第一光偏振装置，棱镜，光声波耦合溶液，凹面声波反射镜，以及第二光偏振装置。该多模态成像系统有效融合了光声成像和OCT成像，实现了组织的“无标记、多视角、自配准”观测，为探索机体的复杂生理病理机制提供革新的技术手段。

技术领域

本发明涉及医学影像技术领域，尤其涉及基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法。

背景技术

众所周知，生物组织是涵盖细胞、细胞外基质、血液微循环等众多要素的复杂体系，例如皮肤、视网膜、神经血管耦合、恶性肿瘤等。获取生物组织多角度、全方位的信息，是实现机体生理病理状态精准评价的前提。

在众多的光学显微技术中，光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)和光声成像两种技术以其特有的成像对比机制，结合无标记、快速、可在体观测等多重优点，在辨析组织层状结构和观察血液微循环方面各具优势。

OCT技术通过探测样品的光学散射特性，无需外源标记即可观察活体生物组织。OCT采用弱相干的宽谱照明光源，通过解析参考臂和样品臂的光学相干信号，可实现微米量级的深度分辨能力，从而清晰呈现组织横截面的层状结构。借助于振镜的高速二维扫描，三维OCT图像的采集耗时仅几秒，甚至可以达到实时成像。而且，绝大多数OCT采用红外波段激发光源，不仅增大了成像深度(～1.0mm)，而且降低了组织的光损伤。光声成像技术基于生物组织的光学吸收特性，它有机结合了光学激发和声学探测两种物理手段，通过探测色素物质吸收短脉冲激光后，因瞬时热弹性效应产生的宽带超声波(即光声信号)，能够直接测量组织的光吸收性质。血红蛋白(血液中的主要光学吸收物质)在可见-近红外光波段具有强烈的光学吸收特性，因此光声技术无需外源标记，即可特异性地观察活体血管组织，避免了造影剂使用可能引发的毒副作用。而且，组织的超声(光声波)衰减作用远远低于光衰减，使光声技术能够测量组织较深位置处的光学吸收信息。但是，作为单一模态影像方法，两种技术的成像机制也限制了自身的观察能力，使它们仅能从单一侧面测量样品的光学特性(光散射或者光吸收)，难以实现生物组织多要素信息的获取。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

发明内容

鉴于现有技术中的以上缺陷，本发明提供了一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法，旨在解决现有OCT成像和光生成像这两种单一成像机制限制了自身的观察能力，使它们仅能从单一侧面测量样品的光学特性，难以实现生物组织多要素信息的获取的问题。

本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，包括：OCT成像装置，光声成像装置，样本放置装置，控制和信号处理装置；所述OCT成像装置包括第一光源，第一光传输装置，第一光信号检测装置；所述光声成像装置包括第二光源，第二光传输装置，光声传感装置，以及第二光信号检测装置；其中，所述光声传感装置基于表面等离子体共振传感技术，包括第三光源，第一光偏振装置，棱镜，光声波耦合溶液，凹面声波反射镜，以及第二光偏振装置。

所述第一光源为超发光二级管；

所述第二光源为脉冲激光器；

所述第三光源为氦氖激光器，用于产生表面等离子体共振的连续光。

所述表面等离子体共振的连续光波长为632.8nm。

所述第一光传输装置包括光纤耦合器，微透镜，以及若干反射镜和透镜；