[发明专利]一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜

说明书

一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜，包括：直角棱镜、超声换能器、校准镜、声透镜、物镜、反射镜、不规则棱镜；反射镜为不规则棱镜的一个45度斜面；直角棱镜和不规则棱镜连接在一起，且反射镜为二者连接时的接触面；声透镜用于产生贝塞尔声束；校准镜用于消除声透镜对光束传输的影响；超声换能器用于检测超声信号；物镜用于发出供反射镜反射的光束；首先准直光束经过物镜和校准镜，然后在反射镜作用下将光轴方向偏转，在声透镜下方聚焦。超声换能器发出的声束先通过直角棱镜和不规则棱镜，然后在声透镜作用下形成贝塞尔声束，实现光与声的共焦耦合。

技术领域

本发明涉及光声显微成像领域，具体涉及一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜。

背景技术

光声层析成像技术是一种新兴的医学成像技术、具有高分辨率、高对比度、高穿透深度的优点。在实际应用中，有三种常见的光声成像方式:光声显微成像技术(PAM)、光声计算层析成像技术(PACT)、光声内窥成像技术(PAE)。光声显微成像技术作为光声成像的重要分支，其结合了光学成像的高对比度和超声成像的高分辨率。光声显微成像系统中，声光耦合棱镜是非常重要的部件，其通常由不规则棱镜和底部的球凹面声透镜组成，其作用是进行光学传递和超声探测。常用球凹面声透镜其超声探测景深有限，降低了光声信号的探测效率。由于波束的无衍射特性,贝塞尔束(Bessel beams)以及一些广义无衍射束(如X形波束)的研究,在光学和声学等领域中一直备受关注。具有无限大孔径的贝塞尔束能无发散地传播到无限远处,传播过程中束宽和形状保持不变。虽然这种理想的贝塞尔束在实验上不可能实现,可实现的贝塞尔束的孔径总是有限的，但数值模拟和实验表明,有限孔径的波束仍然具有很大的场深,且在场深之内扩散很小,几乎无衍射,波束保持近似贝塞尔分布。这为大景深光声显微成像提供了理论依据，而声透镜可以产生贝塞尔声束，其得到贝塞尔声束的原理与轴锥镜得到贝塞尔光束的原理类似，从而使得适用于大景深超声探测的声透镜成为可能，这对生物系统研究具有极其重要的作用。

发明内容

为了克服现有技术中的光声显微成像系统的景深有限，本发明提供一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜。本发明利用声透镜对超声换能器发出的声束作用得到贝塞尔声束，通过校准镜消除声透镜对光束传输的影响，在不规则棱镜作用下实现光与声的共焦耦合，从而实现反射式光声显微成像大景深探测，提升了光声成像的体积成像速度。

本发明提出一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜，包括：直角棱镜、超声换能器、校准镜、声透镜、物镜、反射镜、不规则棱镜；

所述反射镜为所述不规则棱镜的一个45度斜面；

所述直角棱镜和所述不规则棱镜连接在一起，且所述反射镜为二者连接时的接触面；

所述声透镜处于所述不规则棱镜的下部，用于产生贝塞尔声束；

所述校准镜用于消除所述声透镜对光束传输的影响；

所述超声换能器用于检测超声信号；

所述物镜用于发出供所述反射镜反射的光束；

其中，所述一种适用于光声显微成像大景深探测的声光耦合棱镜的光声成像步骤包括：

S1：首先准直光束经过物镜和校准镜，然后在反射镜作用下将光轴方向偏转，最后在声透镜下方聚焦；

S2：从接触式超声换能器发出的声束先通过直角棱镜和不规则棱镜，然后在声透镜作用下形成贝塞尔声束，实现光与声的共焦耦合。

作为上述方案的进一步改进，所述声透镜材料为熔融石英，形状为圆锥形凹面，且圆锥形凹面的张角大小与超声探头的参数匹配。

作为上述方案的进一步改进，所述超声换能器通过紫外胶与直角棱镜粘合。

作为上述方案的进一步改进，所述超声换能器为高频接触式平场超声探头，中心频率为50MHz。