[發明專利]一種跨尺度光聲成像系統

有效

• 申請號: 201811645701.5
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109567758B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 林日強;龔小競;王柏權;宋亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 深圳智趣知識產權代理事務所(普通合伙) 44486
• 代理人: 李興生

本發明提供了一種跨尺度光聲成像系統，包括激光光源、光路系統、切換裝置、樣品和超聲換能器；切換裝置用于將光路系統中的脈沖激光照射至樣品上并將樣品所產生的光聲信號反射到超聲換能器上，切換裝置上固定有至少一個所述超聲換能器；切換裝置設于所述光路系統中，光路系統包括雙包層光纖，脈沖激光經過所述雙包層光纖傳輸后再經過切換裝置照射到樣品上并激發光聲信號。本發明所提供的一種跨尺度光聲成像系統，采用了雙包層光纖解決了光學分辨率和聲學分辨率兩種不同尺度的光聲成像激發光的傳輸，從而大大降低了跨尺度光聲成像系統的成本；同時采用了切換裝置用于將樣品所產生的光聲信號反射到超聲換能器上，大大拓寬了系統的探測范圍。

技術領域

本發明涉及生物醫學影像成像領域，尤其是涉及一種跨尺度光聲成像系統。

背景技術

光聲成像(PAI)是近年來發展起來的一種非入侵式和非電離式的新型生物醫學成像方法。光聲成像作為一種新型的混合成像技術，具有豐富的光學對比度和深度成像能力，克服了純光學成像深度的局限性與純超聲成像對比度差的缺點，具有廣泛的生物醫學臨床應用。光聲成像的原理是：用脈沖激光激發生物組織，組織由于瞬間的熱膨脹會產生光聲信號(也是超聲波)，利用超聲換能器可以探測該信號，以獲得組織對光的吸收程度的信息。探測物體不同，所被激發的光聲信號頻率也不一樣，因此如果當一個系統只有某一個頻率段的探測器時，就有可能遺漏被測物體某個波段的信號。

傳統的光聲顯微系統從成像分辨率區分，主要分為光學分辨率光聲顯微系統與聲學分辨率光聲顯微系統。光學分辨率光聲顯微系統的特點是，系統中激發光斑的直徑小于超聲換能器的焦斑，所以該系統的成像分辨率取決于激發光斑的大小。聲學分辨率光聲顯微系統的光斑遠大于超聲換能器的探測區域，因此其成像分辨率取決于超聲換能器的焦斑大小。傳統的光學分辨率光聲顯微系統的分辨率高，可達幾百納米至幾微米，但是成像深度淺，約1-2mm；傳統的聲學分辨率光聲顯微系統的成像深度大，約數厘米，但是分辨率不如前者，達幾百微米?；趦烧叩膬炄秉c，很多課題組致力于將兩種成像模式合并到一個系統中，實現跨尺度成像。

2013年華盛頓大學的汪立宏課題組首先提出了跨尺度光聲顯微成像系統，該系統主要利用光纖束實現跨尺度顯微成像。但是該系統中光纖束由一萬根單模纖芯組成，使得整個系統的成本造價高，而且若光纖束中某一根單模光纖損壞則需要更換整個光纖束，使得系統的使用成本極高，并且該系統中僅能使用單個換能器，即僅能采集單個頻段的光聲信號，使得系統能夠使用的范圍有限。

2014年，德國Estrada課題組也提出了跨尺度光聲顯微成像系統。該系統主要利用移動單模光纖與自聚焦透鏡的距離實現跨尺度顯微成像。該系統中的超聲換能器需要開孔，因此將會大幅降低超聲換能器的探測效率。同年，華中科技大學的駱清銘課題組也提出了跨尺度光聲顯微成像系統。該系統主要利用光纖束實現跨尺度顯微成像。而該系統存在以下問題，一是該系統使用透射式的信號采集方式，限制了成像物體的范圍，對于厚度超過數厘米的物體則無法成像；二是該系統還是采用光纖束使得整個系統的造價成本和使用成本高。

2018年，美國杜克大學的姚俊杰課題組提出了四模態跨尺度光聲顯微成像系統。該系統最大特點是光斑與聲斑都可改變。但是該系統所用的超聲換能器都是中心開孔結構，這將會大幅度地降低超聲換能器的接收效率，而且該系統中智能接入兩個超聲換能器，因此該系統也只有兩個頻率。

為了達到很好的圖像信噪比，光聲成像有兩個關鍵點：1、光聲共軸、2光聚焦和聲頻率的匹配關系。所謂光聲共軸就是激發光的光軸與超聲換能器的聲場軸心重合，這樣激發光照射在樣品表面后，光聲信號沿軸線反方向傳遞，就能很好地被超聲換能器所接收。光聲共軸是最佳“激發-接收”方式。為了達到光聲共軸，一些課題組都選擇在超聲換能器中間打孔，讓光從其中心射出，但是這樣會大大降低超聲換能器的性能，降低圖像信噪比。