[發明專利]分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置與方法

在審

• 申請號: 201510097053.4
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104677831A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 趙維謙;王允
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置與方法，屬于共焦顯微成像技術和光聲顯微成像技術領域。

技術背景

共焦顯微成像技術由于具有光學領域獨特的層析成像能力和高空間分辨能力，而被作為重要的技術手段在生物醫學研究、物理化學研究、材料測試、微納測試等領域得到廣泛的應用。但是，現有共焦顯微成像技術主要采用物體的散射光或熒光來進行成像，它獲得的僅是被觀察物體的結構圖像，無法獲得細胞或生物大分子的功能圖像，同時共焦顯微成像的層析深度僅達亞毫米量級。

光聲成像是基于光聲信號以被測對象的光學吸收特性為對比機制來進行成像，由于光聲信號與生物組織的光學、熱學和聲學特性有關，因而光聲信號所攜帶的信息量遠多于共焦顯微成像中散射光和熒光所攜帶的信息量，因此，光聲成像可實現生物功能的成像，即可獲得生物組織的化學組分及生物學行為(如生長、凋亡、代謝、病變、突變等)特征信息，同時光聲成像的層析深度可達厘米量級。但是，光聲成像的分辨力僅達10微米，它無法實現細胞水平的結構圖像。

若將上述兩種成像技術結合在一起，便能利用共焦顯微成像和光聲成像各自的技術優點對生物組織進行光聲和共焦互補成像，可獲取組織或細胞的更多的信息，同時可通過共焦聚焦提高橫向分辨力，通過超聲時間探測進一步拓展層析成像深度。

基于上述情況，本發明提出一種具有大工作距和高軸向分辨力的分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置與方法，以期利用生物體后向散射光子來對生物活體進行原位、無創的實時成像。

本發明將分光瞳差動共焦顯微成像系統與光聲成像系統的結構與功能有機融合，利用共焦顯微成像系統探測被測對象的成分空間信息，利用光聲顯微成像系統探測被測對象的成分功能信息，繼而實現被測對象成分空間信息和功能信息的同時探測。

分光瞳差動共焦顯微成像系統的采用使共焦-光聲顯微成像裝置在不降低系統軸向分辨力的前提下大幅增大工作距，便于光學與光聲成像系統的集成，抑制高散射被測對象焦面雜散光對共焦顯微成像質量的干擾。

發明內容

本發明的目的是設計一種分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置及方法，以期同時獲得被測對象成分空間信息和功能信息。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明的一種分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置，包括點光源系統，依次放置在點光源系統出射方向的離軸放置的準直透鏡、對稱光軸放置的光學-光聲共焦點耦合系統和被測對象，還包括放置在被測對象背向散射方向來探測光聲信號的超聲換能器、離軸放置的用于收集背向散射光學信號的集光透鏡，以及分割探測集光透鏡焦面光強信號的分割焦斑差動探測系統。

本發明的分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，光學-光聲共焦點耦合系統可以包括對稱光軸放置的中空測量物鏡、鑲嵌在中空測量物鏡孔下端的聲學透鏡，且中空測量物鏡與聲學透鏡的共焦點。

本發明的分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，光學-光聲共焦點耦合系統還可以包括沿光軸方向依次放置的測量物鏡、超聲換能器陣列和具有柱面聲學透鏡的波導，且測量物鏡與具有柱面聲學透鏡的波導的共焦點。

本發明的分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，分割焦斑差動探測系統可以包括用于放大集光透鏡焦斑的中繼放大透鏡、位于中繼放大透鏡焦面并使兩針孔關于光軸左右對稱放置的雙孔針孔，以及放在雙孔針孔后用來分割探測放大艾里斑的第一微區與第二微區的第一光強探測器和第二光強探測器。

本發明分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，分割焦斑差動探測系統還可以包括用于放大集光透鏡焦斑的中繼放大透鏡、位于中繼放大透鏡焦面上的用于分割探測放大艾里斑的第一微區和第二微區的CCD探測器。

本發明分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，分割焦斑差動探測系統還可以包括用于放大集光透鏡焦斑的中繼放大透鏡、位于中繼放大透鏡焦面并使兩針孔關于光軸左右對稱放置的雙孔針孔，以及放在雙孔針孔后用來分割探測放大艾里斑的第一微區和第二微區的二象限光電探測器。

本發明分光瞳差動共焦-光聲顯微成像裝置中，點光源還可以由脈沖激光器、放置在激光器出射方向的聚焦透鏡和放置在聚焦透鏡焦點處的針孔構成；脈沖激光器的波長、脈寬和重復頻率可根據需要選擇。

本發明的一種分光瞳差動共焦-光聲顯微成像方法，包括以下步驟：

步驟一、打開點光源系統，使點光源系統出射的光束經準直透鏡和光學-光聲共焦點耦合系統后聚焦到被測對象上來激發光聲信號和光強信號；

步驟二、利用聲學透鏡和超聲換能器來收集和探測光聲信號，用于表征被測對象的生物功能信息；