[發明專利]關聯層析方法和裝置

在審

• 申請號: 201410458896.8
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104237134A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 劉紅林;韓申生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/47
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及光學成像，特別是一種關聯層析方法和裝置。

背景技術

時間反演超聲輔助光學聚焦方法首次實現了動態、無損地匯聚光到生物軟組織內。用該方法進行生物組織內的光學層析也受到了廣泛的關注，一些文章和專利披露了相關的研究工作進展。在此我們以專利US8450674B2“Acoustic?assisted?phase?conjugate?optical?tomography(超聲輔助位相共軛光學層析)”為例簡要分析一下現有技術方案存在的問題。

專利US8450674B2披露了一種對內部埋藏有一個或多個熒光媒介的樣品進行層析的光學顯微鏡方法和系統，該系統的特征在于，包含一個被測樣品和一臺激光器，激光器發出的激光照射到樣品上；一個超聲源，超聲源向樣品發射超聲并在其內部形成一個超聲焦點，在此焦點處，超聲會調制穿過的光的頻率，從而產生一個頻率調制過的光束；一個數字位相共軛鏡，可以反射從激光器發出的參考光束而產生頻率調制光波的位相共軛波前；還有一個探測器，用于探測共軛波前匯聚到樣品內而激發的熒光信號進行成像。該發明的基本結構和原理如圖1所示。入射激光401(例如，Crystal?Laser?Rubicon,波長532nm,脈寬20ns,重復頻率1kHz，又或者是SpectraPhysics?Navigator,波長范圍532-533nm,當波長選擇532nm時,脈寬7ns,重復頻率20kHz)照射到樣品1上。樣品是由兩層生物組織模體102夾著熒光目標物體101(例如，一種熒光燃料，激發/發射峰是532/554nm)組成。同時，脈沖超聲(例如，焦斑寬100微米)發射到樣品1上，調節熒光物質到超聲焦點201處。脈沖轉換器204(例如，Olympus?V313-SM,15MHz,或者Olympus?V3330,50MHz)由函數發生器202和信號放大器203驅動，PC計算機控制激光脈沖和超聲脈沖的同步以及數字式位相共軛鏡3對波前的記錄和反演。位相共軛波前聚焦到超聲焦點而激發出的熒光405從樣品出射，出射光經過濾波收集到達探測器5，給出采集信號。其中，數字式位相共軛鏡的基本結構如圖2所示。

從樣品出射的散射波前403和從激光器出射光束分離出來的一束參考光束406在CCD上形成穩定的干涉圖案，讀取干涉圖案并計算提取散射波前。空間光調制器(spatial?light?modulator，簡稱為SLM)與電荷耦合元件相機(charge-coupled?device，簡稱為CCD)之間滿足嚴格的鏡像對稱，調節SLM的像素使之和計算得到的CCD上的波前分布同樣滿足鏡像對稱。空白光照射SLM，反射波前404就是光學位相共軛輸出。

這一方法可以突破散射限制，在生物軟組織的彌散區域內進行光學成像，并且成像深度動態可調，無損傷，可以實現生物軟組織內的熒光成像。存在的問題是成像的分辨率是超聲分辨率。

專利US8450674B2的核心技術是時間反演超聲調制光學聚焦((Honglin?Liu*,Xiao?Xu*)and?Lihong?V.Wang.Time-reversed?ultrasonically?encoded?optical?focusing?into?turbid?media.Nature?Photonics,5,154-157(2011).)，即利用超聲調制散射光的頻率，在超聲的焦點位置創造一個頻率調制光的虛擬源，在樣品外記錄該虛擬源所發出的散射光的波前，位相共軛散射波前回到虛擬源位置實現了光在散射體內的聚焦。專利US8450674B2把這一技術應用到對軟組織內的熒光團物質進行成像。顯然，時間反演超聲調制光學聚焦技術對虛擬源和位相共軛鏡之間的頻率調制光的散射過程可以追溯而使之透明化。但從虛擬源再出射時，光又將經歷一個隨機散射過程，丟失所攜帶的位置信息，從而失去定位功能，只能給出熒光的強度信息，且分辨率由超聲焦點決定。必須掃描超聲焦點記錄對應的熒光強度，掃描強度的變化中反映了結構和/或成分的變化。