[发明专利]一种基于单波长透射式光声显微镜的双组分定量成像法

说明书

本发明公开了一种基于单波长透射式光声显微镜的双组份定量成像法，当脉冲激光照射样品后，由于光声效应激发光声信号，超声换能器可以检测到两个携带有样本不同信息的光声信号。通过分析两个光声信号的大小，并根据样品中不同组分光吸收和光散射特性的差异，从而实现对样品中的双组分成分的定量成像。本发明提出的方法，基于光学分辨率的透射式光声显微镜，可以实现高对比度的双组分混合物含量的定量成像；该方法无需不同波长或不同能量激光的多次差异性照射，避免了多个激发源和多次激发导致的许多缺点，在揭示基本生理和病理现象方面具有较高的易用性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种基于单波长透射式光声显微镜的双组分定量成像法，是一种利用透射模式光声显微镜在单波长单次照射下实现双组分定量成像的方法。

背景技术

对生化样品中不同组分的定量分析和成像具有重要的应用价值。例如，组织中多种发色团浓度的定量信息可以对许多基本的生理和病理现象提供重要的信息；通过血管中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的定量成像，还能获得的血氧饱和度图像，从而反映组织的氧代谢状况。

光声显微镜是一种新兴的基于光声效应的生物医学成像技术。当激光脉冲照射样品时，入射光被样品中的发色团(如血红蛋白、脂类、黑色素、胶原、DNA/RNA等)吸收，导致局部温度升高和热弹性膨胀，进而产生超声波，这就是光声效应。光声效应产生的超声波又被称为光声信号。光声信号的强度与样品的光吸收系数成正比。由于生物组织中各种生物分子组份具有特定的光吸收特性，因此，光声显微镜可以有效地提供生物组织功能和分子图像。

光声显微镜对组织中多种成分的成像显示出巨大潜力。基于双波长激发的光声显微镜已经成功地测量了含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度，并进一步提取血氧饱和度。此外，基于分子弛豫效应的光声显微镜，使用不同强度的激光来区分氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白。然而，这些方法通常都需要多波长激发、多次激发，因此需要多台激光器，或者波长可调谐激光器，从而实现不同波长或不同能量的差异性照射，增加了系统的复杂性和成本。而且，多次照射会降低测量精度和生物安全性。总之，多组分的定量成像仍然是一个十分有吸引力的挑战。

发明内容

发明目的：为了克服以往多组分定量成像需要多个激发源的局限性，实现在单波长单次照射条件下的双组分定量成像，本发明提供一种基于单波长透射式光声显微镜的双组分定量成像法，采用单波长透射模式光声显微镜扫描样品，在每点激光激发后，聚焦超声换能器可以同时采集到两个光声信号，这两个信号的幅度与样品的光吸收和光散射特性有关，通过分析这两个信号的强度，并且结合样品中两个组分光吸收和光散射特性的不同，可以实现对样品中双组分的量化并成像。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于单波长透射式光声显微镜的双组份定量成像法，包括如下步骤：

步骤1：将双组份的目标样本置于样本片上，将样本片安装在单波长透射式光声显微镜上，即先将样本片固定在共聚焦皿底部，再向共聚焦皿内注入耦合液体；球形聚焦超声换能器安置在共聚焦皿上方，物镜安装在共聚焦皿下方，球形聚焦超声换能器与物镜同轴共聚焦对准；脉冲激光通过物镜聚焦在目标样本上，球形聚焦超声换能器表面浸入共聚焦皿中的耦合液体内，以实现良好的声耦合；

步骤2：激光器产生单波长的脉冲激光，脉冲激光通过物镜聚焦在目标样本上；脉冲激光与目标样本相互作用，产生光吸收和光散射；

步骤3：由于光吸收和光散射，目标样本吸收部分脉冲激光的能量，该部分能量经光声效应产生光声信号S_II；光声信号S_II在共聚焦皿中的耦合液体内传播，球形聚焦超声换能器在t_II时刻接收到光声信号S_II；