[發明專利]全內反射式光聲顯微成像系統及方法

有效

• 申請號: 201110362731.7
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN102488494A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 駱清銘;龔輝;楊孝全;劉炎炎
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B8/08
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及光聲顯微成像技術領域，特別涉及一種全內反射式光聲顯微成像系統及方法。

背景技術

高分辨的生物組織成像對于了解生物體內各種生理過程、監測疾病的產生與發展、臨床早期診斷等領域具有重要的意義，目前常見的高分辨成像模式有光學顯微成像和超聲顯微成像兩種，光學顯微成像如光學相干層析成像、共聚焦顯微成像、雙光子顯微成像等技術，依賴生物組織的散射或外源熒光信號進行成像，超聲顯微成像依賴生物組織的聲阻抗特性差異進行成像，因此對比度較差。

近年來，對于光聲生物組織成像的技術研究不斷有新的突破，利用短脈沖激光激發生物組織內的吸收體如血液、黑色素等產生超聲信號，通過探測擴散到生物組織表面的超聲信號從而重建出生物組織內的吸收體分布，而這些吸收體往往包含了生物組織內部豐富的生理病理信息，因此，通過光聲成像可以對生物病變生物組織和正常生物組織獲得比較好的區分。這種成像方式與傳統的X射線CT、核磁共振成像、超聲成像相比，不僅是非電離輻射，對人體完全無害，而且對病變生物組織具有非常好的對比度。

三維高分辨的光聲成像可以對吸收體的分布等信息做出精確表征，因此對生理病理的早期診斷具有重要意義，高空間分辨率的光聲顯微成像系統也逐漸被研發出來。美國US?20060184042公開了一種暗場反射式光聲顯微成像系統，系統空間分辨率決定于超聲探頭的頻率特性，通過使用高頻探頭可以獲得微米量級高分辨的成像結果。文獻Optical-resolution?photoacoustic?microscopy?for?in?vivo?imaging?of?single?capillaries.Optics?Letters.33(9)：929-931公開了一種光學分辨的光聲顯微成像系統，通過光學聚焦配合超聲探測的方法實現了5微米的空間分辨率。在此基礎上，文獻In?vivo?label-free?photoacoustic?microscopy?of?cell?nuclei?by?excitation?of?DNA?and?RNA.Optics?Letters.35(24)：4139-4141公開了一種亞波長(幾百個納米)分辨率的光聲顯微成像系統。但是這些系統都是僅對系統的側向分辨率進行提高，軸向分辨率依然維持在微米量級，因此，這種成像模式無法實現三維的高分辨(納米量級)成像。文獻Total?internal?reflection?photoacoustic?detection?spectroscopy.Proceedings?of?SPIE，Vol.7899：78993E介紹了一種基于全內反射的光聲譜技術，但這種技術僅限于對生物組織的的化學分子信息進行分析，不涉及成像。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可以實現三維的高分辨成像的全內反射式光聲顯微成像系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種全內反射式光聲顯微成像系統包括激光器、聚焦透鏡、棱鏡、超聲傳感器及成像裝置；所述激光器發射的激光依次通過所述聚焦透鏡、棱鏡照射在生物組織的界面，從而在所述棱鏡和所述生物組織的界面發生全內反射，并在所述生物組織產生超聲波信號；所述超聲波信號通過所述超聲傳感器傳送至所述成像裝置。

進一步地，所述全內反射式光聲顯微成像系統還包括準直透鏡、物鏡；

所述聚焦透鏡和所述棱鏡之間依次設置有所述準直透鏡和所述物鏡。

進一步地，所述全內反射式光聲顯微成像系統還包括與所述成像裝置連接的二維平移臺，所述準直透鏡、物鏡、棱鏡及超聲傳感器設置在所述二維平移臺上。

進一步地，所述超聲傳感器放置在所述棱鏡的頂邊或生物組織的界面的底端。

進一步地，所述全內反射式光聲顯微成像系統還包括放大器及數據采集卡；所述超聲傳感器及成像裝置之間依次設置有所述放大器及所述數據采集卡。

進一步地，所述棱鏡是包括兩個平行的平面的棱鏡。

本發明還提供一種全內反射式光聲顯微成像方法包括以下步驟：

步驟10、通過一束短脈沖激光聚焦入射到生物組織的界面，從而在生物組織的界面發生全內反射，在生物組織的界面產生倏逝波，誘導生物組織表面產生超聲信號；

步驟20、利用超聲傳感器探測超聲信號，并采集到成像裝置；

步驟30、重復步驟10、步驟20，從而重建出生物組織的三維圖像。

進一步地，所述脈沖激光波長為300-1000nm。