[发明专利]大焦深的紫外光声显微成像系统及成像方法

说明书

本发明公开了大焦深的紫外光声显微成像系统及成像方法，系统包括信号采集装置及成像处理终端，信号采集装置包括：紫外脉冲激光器、偏振片、调光玻片、滤光片、光声透镜、移动平台、凹槽、介质、超声换能器、放大器及数据采集卡。上述的大焦深的紫外光声显微成像系统，通过偏振片及调光玻片对光声激发光进行调制得到圆偏振光，通过光声透镜将高斯光束转换为类贝塞尔光束并聚焦照射样品，样品因吸收光束而引发的体积膨胀激发光声波并经介质进行传导，探测经介质传导的光声波并进行成像，从而大幅扩展了光学聚焦长度，使得光声激发光在更大的焦深范围内具有亚细胞级横向分辨率，从而大幅提高了组织病理样品的成像分辨率。

技术领域

本发明涉及光学显微成像的技术领域，尤其涉及一种大焦深的紫外光声显微成像系统及成像方法。

背景技术

众所周知，组织病理检测是生物医学诊断的一项重要手段。常规的组织病理检测过程主要是：取一块病变组织，将其包埋在石蜡块里，切成薄片，再用苏木精－伊红(Hematoxylin-eosin,H-E)染色，用显微镜观察，最后作出病理诊断。但是常规的组织病理检测时间较长，通常需要3-4天，不能够及时地作出诊断等。

光声显微成像是一门蓬勃发展的生物医学成像技术。光声成像可以通过检测由短脉冲激光照射生物组织、组织吸收脉冲光后热弹性膨胀引起的超声波，无损地观测生物组织。由于光声成像的诸多特性，使得其有潜力应用于组织病理成像，替代以往的用显微镜观察苏木精-伊红染色的组织切片。

基于生物组织丰富的成像对比机制，光声显微成像在揭示生物组织的病理过程方面具有重大的意义。光声成像相比组织病理切片具有诸多优势，首先在生物组织内，声学散射比光学散射低1000倍以上，从而使其突破光学散射的局限。同时，光声显微镜能够从不同维度成像高对比度的生物结构。并且，不同分子吸收不同的波长，能够揭示丰富的光学对比信息。

Xueding Wang等人通过光声显微镜，清晰地测量出小鼠大脑血管的分布情况，探测小鼠颅内小脑、海马体、侧室等构造，从而获得了小鼠大脑实质病损的图像信息。YatingWang等人通过构建光声超声双模态显微镜，成像肿瘤相关的血管网络和测量黑色素瘤厚度，从而对黑色素瘤的活体检测进行诊断和评估。但是上述常规光声病理显微成像技术，焦深均较短，不适用于厚样本的组织病理检测，对于临床的医学检测提出了诸多挑战。

华中科技大学团队引入电控变焦透镜和成像光纤束等新型光学成像器件，通过建立分辨率连续可调的多尺度光声显微成像系统，实现了血液微循环网络的多尺度成像。利用贝塞尔光束的无衍射传输特性和自重建性质，研制了一套反射式大景深光学分辨光声显微成像系统。但是，这种大焦深的光声成像技术，无法工作于紫外光波段，所以该方法不能应用于组织病理检测。

为了提高光学聚焦长度，采用锥棱镜或者尼波尔-泽尔尼克光场调控技术等，可以将高斯型光束扩展成贝塞尔或者类贝塞尔光束，从而提高光学焦深，改善三维成像质量。虽然这一技术方法中采用数字微镜器件(Digital Micromirror Devices,DMD)或者空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)进行相位调制，也可以扩大光学焦深。但是，这些器件往往难以用于调制紫外波段的光声激发光束。

光学分辨率光声显微镜(Optical-resolution photoacoustic microscopy,OR-PAM)能够测量生物组织内具有微米尺度横向分辨率的光学吸收特性。尽管光声显微镜技术已经取得了长足的发展，但是这一技术仍存在着诸多缺陷。传统的光声显微镜都采用的是高斯型光束，成像焦深有限——只有几十微米，难以满足厚组织样本观测的需求。对于光声病理成像而言，在OR-PAM中通常使用的高斯光束由于焦深(Depth of focus,DoF)短，仅能在有限的深度范围内保持微米级横向分辨率，而在离焦区域，光声成像分辨率急剧恶化，导致图像质量严重降低，无法准确获得厚组织样本的三维微观形态结构特征，从而影响组织病理诊断的可靠性。因此，现有的光声显微成像技术在对样品进行成像时存在成像分辨率较低的问题。

发明内容