[發(fā)明專利]基于液態(tài)聲光透鏡的紅外多模態(tài)顯微裝置及其顯微方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010488047.2
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN111610148A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝家瑩;王雙;常超;王睿星
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01N21/84;G01N21/17;G01N21/3563;G01N21/359
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種基于液態(tài)聲光透鏡的紅外多模態(tài)顯微裝置，其特征在于，該裝置包括近紅外反射型共聚焦顯微單元、近紅外反射型光聲顯微單元、中紅外透射型光聲顯微單元、控制單元(22)以及顯示單元(23)：所述近紅外反射型共聚焦顯微單元由依序連接的寬帶近紅外激光器(1)、可調(diào)諧濾波器(2)、第一透鏡(3)、半反半透鏡(5)、PMT(7)、光束整形器(8)和液態(tài)聲光透鏡(10)構(gòu)成，所述第一透鏡(3)和所述半反半透鏡(5)之間設(shè)置有照明小孔(4)，所述半反半透鏡(5)和所述PMT(7)之間設(shè)置有探測端小孔(6)，所述液態(tài)聲光透鏡(10)具體包括導(dǎo)電內(nèi)液介質(zhì)(11)和非導(dǎo)電的外液介質(zhì)(12)，通過給介電電泳驅(qū)動裝置(13)供電，使液-液界面曲率發(fā)生變化；

所述近紅外反射型光聲顯微單元由依序連接的寬帶近紅外激光器(1)、可調(diào)諧濾波器(2)、第一透鏡(3)、半反半透鏡(5)、光束整形器(8)、PVDF環(huán)形換能器(9)和液態(tài)聲光透鏡(10)構(gòu)成；

所述中紅外透射型光聲顯微單元由依序連接的激光器(21)、光隔離器(20)、由濾光片(19)、光學(xué)晶體(18)以及中紅外濾光片(17)組成的OPO腔、鍍金反射鏡(16)、第二透鏡(15)、液態(tài)聲光透鏡(10)和PVDF環(huán)形換能器(9)構(gòu)成；

在所述近紅外反射型共聚焦顯微單元中：波長范圍為780nm～2500nm的寬帶近紅外激光器(1)發(fā)出寬帶激光，經(jīng)可調(diào)諧濾波器(2)出射對生物組織感興趣的激光波長，由第一透鏡(3)聚焦，經(jīng)過照明小孔(4)濾波提高光束質(zhì)量，擴散到半反半透鏡(5)然后反射到光束整形器(8)中，整形后的光束經(jīng)過液態(tài)聲光透鏡(10)中的外液介質(zhì)(12)與內(nèi)液介質(zhì)(11)，再經(jīng)過介電電泳驅(qū)動裝置(13)聚焦到二維移動平臺上的生物組織或細(xì)胞中，將具有結(jié)構(gòu)成像的反射光依次通過介電電泳驅(qū)動裝置(13)、內(nèi)液介質(zhì)(11)、外液介質(zhì)(12)、經(jīng)光束整形器(8)并透過半反半透鏡(5)、聚焦到探測端小孔(6)、通過過濾離焦雜散光進(jìn)入PMT(7)中，配合控制單元(22)驅(qū)動的二維移動平臺(14)水平掃描，將所獲得數(shù)據(jù)重組成近紅外反射型激光共聚焦顯微圖像，由顯示單元(23)輸出近紅外反射型激光共聚焦顯微圖像；

所述近紅外反射型光聲顯微單元中：波長范圍為780nm～2500nm的寬帶近紅外激光器(1)發(fā)出寬帶激光，經(jīng)可調(diào)諧濾波器(2)出射對生物組織感興趣的激光波長，由第一透鏡(3)聚焦，經(jīng)過照明小孔(4)濾波提高光束質(zhì)量，擴散到半反半透鏡(5)然后反射到光束整形器(8)中，整形后的光束經(jīng)過液態(tài)聲光透鏡(10)中的外液介質(zhì)(12)與內(nèi)液介質(zhì)(11)，再經(jīng)過介電電泳驅(qū)動裝置(13)聚焦到二維移動平臺上的生物組織或細(xì)胞中，由于吸收進(jìn)而產(chǎn)生聲波，將具有功能成像的反射聲波依次通過介電電泳驅(qū)動裝置(13)、內(nèi)液介質(zhì)(11)、外液介質(zhì)(12)平行進(jìn)入PVDF環(huán)形換能器(9)中，配合控制單元(22)驅(qū)動的二維平臺水平掃描，將所獲得數(shù)據(jù)重組成近紅外反射型激光光聲顯微圖像，顯示單元(23)輸出近紅外反射型激光光聲顯微圖像；

所述中紅外透射型光聲顯微單元中，1064nm激光器(21)發(fā)射出準(zhǔn)直光經(jīng)過光隔離器(20)，依次入射到由1064nm濾光片(19)、光學(xué)晶體(18)、中紅外濾光片(17)組成的OPO腔，調(diào)諧出射的波長范圍為3000nm～5000nm中紅外光束經(jīng)過鍍金反射鏡(16)，通過第二透鏡(15)聚焦到二維移動平臺(14)上的生物組織或細(xì)胞中，由于吸收進(jìn)而產(chǎn)生聲波，具有功能成像的透射聲波依次通過液態(tài)聲光透鏡(10)中的介電電泳驅(qū)動裝置(13)、內(nèi)液介質(zhì)(11)、外液介質(zhì)(12)進(jìn)入PVDF環(huán)形換能器(9)中，配合控制單元(22)驅(qū)動二維平臺水平掃描，將所獲得數(shù)據(jù)重組成中紅外透射型激光光聲顯微圖像，由顯示單元(23)輸出中紅外透射型激光光聲顯微圖像。

2.利用如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)聲光透鏡的紅外多模態(tài)顯微裝置實現(xiàn)的顯微方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

所利用的基于液態(tài)聲光透鏡的紅外多模態(tài)顯微裝置包括近紅外反射型共聚焦顯微單元、近紅外反射型光聲顯微單元、中紅外透射型光聲顯微單元、控制單元(22)以及顯示單元(23)，其中：

所述近紅外反射型共聚焦顯微單元由依序連接的寬帶近紅外激光器(1)、可調(diào)諧濾波器(2)、第一透鏡(3)、半反半透鏡(5)、PMT(7)、光束整形器(8)和液態(tài)聲光透鏡(10)構(gòu)成，所述第一透鏡(3)和所述半反半透鏡(5)之間設(shè)置有照明小孔(4)，所述半反半透鏡(5)和所述PMT(7)之間設(shè)置有探測端小孔(6)，所述液態(tài)聲光透鏡(10)具體包括導(dǎo)電內(nèi)液介質(zhì)(11)和非導(dǎo)電的外液介質(zhì)(12)，通過給介電電泳驅(qū)動裝置(13)供電，使液-液界面曲率發(fā)生變化

所述近紅外反射型光聲顯微單元由依序連接的寬帶近紅外激光器(1)、可調(diào)諧濾波器(2)、第一透鏡(3)、半反半透鏡(5)、光束整形器(8)、PVDF環(huán)形換能器(9)和液態(tài)聲光透鏡(10)構(gòu)成；

所述中紅外透射型光聲顯微單元由依序連接的激光器(21)、光隔離器(20)、由濾光片(19)、光學(xué)晶體(18)以及中紅外濾光片(17)組成的OPO腔、鍍金反射鏡(16)、第二透鏡(15)、液態(tài)聲光透鏡(10)和PVDF環(huán)形換能器(9)構(gòu)成；

通過給液態(tài)聲光透鏡(10)中的介電電泳驅(qū)動裝置(13)供電，實現(xiàn)光波和聲波通過具有相同聲學(xué)和光學(xué)折射率的兩種不同液體包括導(dǎo)電內(nèi)液介質(zhì)(11)和非導(dǎo)電的外液介質(zhì)(12)的界面，使液-液界面曲率發(fā)生變化，實現(xiàn)光學(xué)聚焦與聲波聚焦的同軸共焦配置，提高光聲成像靈敏度探測；

PVDF超聲換能器(9)捕獲的聲信號包含有一維深度信息，再配合二維移動平臺(14)移動，控制單元(22)通過采集聲信號的一維深度信息與二維移動平臺的位置信息，在顯示單元(23)利用數(shù)據(jù)處理軟件重組成三維的激光光聲顯微圖像；PMT(7)捕獲反射光的光強信號，配合二維移動平臺(14)移動，控制單元(22)通過采集光強信號與二維移動平臺的位置信息，在顯示單元(23)利用數(shù)據(jù)處理軟件即可重組成光學(xué)切片的二維激光共聚焦顯微圖像；通過選取對生物組織和細(xì)胞成像感興趣的紅外多個波長，即利用傅里葉紅外光譜儀測其反射率和吸收率進(jìn)行多個波長的確定，分別進(jìn)行多波長的近紅外反射型共聚焦顯微成像、近紅外反射型光聲顯微成像、中紅外透射型光聲顯微成像，進(jìn)而分類形成二維信息的共聚焦顯微成像與三維信息的光聲顯微成像，對每類成像的多波長的圖像進(jìn)行引導(dǎo)濾波形成每個圖像的基礎(chǔ)層和細(xì)節(jié)層，然后對其采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和離散余弦波的圖像融合算法，重建每類的融合圖像，最后對具有多光譜信息的二維信息共聚焦顯微成像與三維信息的光聲顯微成像進(jìn)行配準(zhǔn)融合，形成具有一張多模態(tài)信息的多光譜圖像。