[发明专利]一种非接触式微型光声成像头及其成像装置

说明书

本申请提供了一种非接触式微型光声成像头，包括光纤和透镜，光纤与透镜同轴对准设置。还提供一种非接触式光声成像装置，包括非接触式微型光声成像头，还包括激发光源、探测光源、分束器、光电探测器、扩束整形模块、波分复用器、光纤环形器以及采集卡。本申请在基于光声遥感的非接触式光声显微成像中，实现了成像头的微型化、成像系统的搭建简化与使用便利化，以及成像系统在多模态成像开发上的简化。

技术领域

本申请涉及光声成像领域，尤其涉及一种非接触式微型光声成像头及其成像装置。

背景技术

光声成像技术已经逐渐成为生物医学领域的强有力工具。在这种技术中，通常使用脉宽为纳秒级别的脉冲激光作为激发光去照射样本。当激光的光子能量被样本吸收之后，光子能量会被转换成热量，进而在样本内部产生瞬时的热膨胀。这种热膨胀会在样本内部引起压强的变化，并以声波的形式向样本外部传播，从而被放置在样本周围的超声探头检测到，得到的信号也就是所谓的光声信号。由于超声波在空气中衰减剧烈，因此如果想要得到足够强度的光声信号则必须要在样本和超声探头之间使用超声耦合剂(例如水或者医用超声耦合剂)，或是把样本浸没在水里。可以得知，这种接触式的探测方法在某些应用场景中是不理想的。例如：

(1)对脑血管或是对烧伤皮肤中的毛细血管等这些对卫生要求比较严格场合的光声成像，接触式的探测方法可能引起污染的问题。

(2)在对眼睛血管，例如视网膜成像时，这些超声耦合剂的使用会引起病人的不适应感，严重者甚至引发失明的风险。

(3)在目前的这种传统光声成像中，通常使用压电材料制作的超声探头来检测超声。当在光声内窥镜中使用这种类型超声探头时，由于它的尺寸比较小，压电材料的特性导致了超声探测的灵敏度不高，进而导致得到的光声图像质量不高。同时，由于这种超声探头的不透明特性，会遮挡光声内窥镜中的激发光，这也导致了传统光声内窥镜的设计会比较复杂，不利于光声成像技术在内窥成像领域的进一步推广。上面所述的这些传统光声的缺点推动了研究人员将光声成像技术向非接触光声信号探测方向发展。

光声遥感(photoacoustic remote sensing,PARS)显微成像是Haji Reza等人在2017年提出来的一种新型的具有非接触特性的光声成像方法。在这种方法中，不再使用传统的压电超声探头去捕获超声信号，而是使用一束与激发光共聚焦的探测光来检测物体的光声信号。如前所述，样本吸收激发光的能量之后，会在样本内部产生瞬时的热膨胀，进而产生压强的变化。根据光弹效应，这种压强的变化会导致样本的折射率发生瞬时改变，从而使探测光的反射强度发生变化，这种反射光强度变化会被光电探测器捕获，得到的信号即光声信号。因为光声信号的大小与激发光吸收和探测光的强度成正比，因此在保持探测光照射样本强度不变的情况下，可以根据探测到的反射光在样本不同位置的瞬时变化强弱来得到样本不同位置的光声信号幅值，从而实现对样本的扫描成像。可以看出，在这种方法中，只需要使用一束探测光即可完成对样本光声信号的测量，并不需要使用超声耦合剂，从而实现了非接触扫描成像的目的。相对于其它的非接触光声信号探测方法，在光声遥感显微成像技术中，只需要监测探测光束的反射率变化，这种变化是与探测光的相位无关的。因此，光声遥感显微成像技术对由探测光束、样本还有传播介质导致的相位噪声和伪影不敏感，所以光声遥感显微成像在性能上具有很高的稳定性。目前，已有现有技术报道光声遥感显微成像在病理评估、术中组织学和眼科成像等领域都具有很好的应用潜力。

目前，现有技术中的光声遥感显微成像装置都是基于自由空间光搭建的，这给此项技术的应用和临床推广带来诸多不便。