[發明專利]利用光聲-熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測方法與裝置

有效

• 申請號: 201510896712.0
• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN105548102B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 邢達;覃歡;楊思華
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/17
• 代理公司: 廣州海藻專利代理事務所(普通合伙) 44386
• 代理人: 張大保

本發明公開一種利用光聲?熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測方法與裝置。該方法可通過探測鈣離子熒光探針的光聲信號強弱的變化，檢測鈣離子濃度大小的變化。該裝置包括光聲熒光信號激發源、碗狀中空聚焦超聲探測器、光電倍增管、反射鏡、分光鏡、擴束透鏡組、顯微物鏡、超聲耦合杯、樣品臺、三維掃描平臺、濾光片、信號放大器、雙通道并行采集卡、帶有采集控制軟件和圖像重建軟件以及電機控制軟件的計算機。該方法與裝置可實現深層組織的鈣離子濃度監測；操作簡單，監測鈣離子熒光探針的靈敏度可達到0.15μM，能夠監測深層組織鈣離子濃度變化。本發明可實時檢測深層組織鈣離子濃度的變化情況，由此可通過該變化的快慢而推斷出組織病變程度。

技術領域

本發明屬于無損測試測量技術領域，特別涉及一種利用光聲-熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測方法與裝置。

背景技術

目前主要是通過觀察鈣離子熒光探針的熒光信號來監測鈣離子濃度的變化。然而由于生物組織對熒光散射的影響，熒光成像方法不能監測深層鈣離子濃度的變化。而光聲信號(光致超聲)受組織散射的影響遠小于光子所受的影響，因此我們將無損光聲成像技術與純光學成像高靈敏度特性和純超聲成像中深穿透特性結合在一起，克服了光散射限制，實現了對活體深層組織的高分辨、高對比度成像。鈣離子是機體各項生理活動不可缺少的離子。它對于維持細胞膜兩側的生物電位，維持正常的神經傳導功能，維持正常的肌肉伸縮與舒張功能以及神經、肌肉傳導功能，起著非常重要的作用。鈣離子，作為信號轉導通路中的第一信使，對于整個中樞神經系統的突觸神經元和神經膠質至關重要。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種利用光聲-熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測方法。

本發明的另一目的在于提供利用光聲-熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測裝置。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種利用光聲-熒光互補原理的深層鈣離子濃度監測方法，包括如下步驟：

(1)利用鈣離子熒光探針作為光聲鈣離子探針；

由于鈣離子熒光探針的熒光強度會隨著鈣離子的濃度的增加而增強或者減弱。在同一激發過程中產生的光聲、熒光信號此消彼長，存在著互補關系。因此，鈣離子熒光探針的光聲信號會隨著鈣離子的濃度增加而減少或者增強。因此，可以通過探測鈣離子熒光探針的光聲信號強弱的變化，檢測鈣離子濃度大小的變化。又因為光聲波(光聲信號)受組織散射的影響遠比熒光小，因此利用光聲-熒光互補原理，通過檢測鈣離子熒光探針的光聲信號可以監測深層組織鈣離子的變化。

(2)將鈣離子熒光探針注射到擬檢測的區域；

(3)光聲熒光信號激發源發出的脈沖激光經過顯微物鏡后，聚焦在檢測區域，使得鈣離子熒光探針產生光聲信號和熒光信號；

(4)光聲信號穿過超聲耦合液后被碗狀中空聚焦超聲探測器接收，然后經過信號放大器放大；熒光信號經過分光鏡和濾光片濾光后被光電倍增管接收；兩路信號被雙通道并行采集卡同時采集，再將數據傳輸并儲存到帶有采集控制軟件和圖像重建軟件的計算機中；

(5)檢測樣品與盛放超聲耦合液的超聲耦合杯一起放置于三維掃描平臺上，由裝有電機控制軟件的計算機控制樣品的三維移動；每采集完一個點的光聲信號，三維掃描平臺水平方向有序移動一步；當掃描完一個平面后，平臺再縱向移動一步；以對樣品進行逐點掃描，用于重建三維圖像；最終獲得三維光聲信號強度分布，以獲取鈣離子濃度分布；

(6)鈣離子熒光探針的光聲信號被采集后，通過最大值投影算法重建出鈣離子探針光聲信號強度分布圖像，根據光聲信號強度判斷鈣離子的濃度變化；

(7)通過探測單點的鈣離子熒光探針的光聲信號強度，實時監測該點鈣離子濃度的變化。

步驟(1)中所述的鈣離子熒光探針優選為Rhod-2，但不限定上述探針。