[發明專利]一種基于超聲調制的貝塞爾光束大景深光聲顯微成像裝置及方法

在審

• 申請號: 202010706502.1
• 申請日: 2020-07-21
• 公開（公告）號: CN111948145A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 宋賢林;魏劍霜;王玉皞;周輝林;宋玲芳
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/24
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 牛永山

一種基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置，包括脈沖激光器、壓電陶瓷圓管、三維掃描器和函數發生器、數字脈沖延時器、D型觸發器構成的同步電路。脈沖激光器發射激光脈沖，入射至填充滿液體的壓電陶瓷圓管，函數發生器對壓電陶瓷圓管施加正弦射頻信號，壓電陶瓷圓管在徑向上振動產生超聲波，徑向上液體折射率表現為零階貝塞爾函數分布，同步電路同步激光器出光和壓電陶瓷圓管的折射率變化，使脈沖激光器在壓電陶瓷圓管折射率變化為正最大的時候出光，此時，從壓電陶瓷圓管出來的光束為貝塞爾光束，通過第五透鏡聚焦在樣品上。本發明使用超聲調制產生貝塞爾光束，實現光聲顯微成像成像景深的拓展，利于對生理活動的快速大范圍監測。

技術領域

本發明涉及光學成像領域，特別是涉及一種基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置及方法。

背景技術

光聲成像技術是近些年迅猛發展的生物醫學成像技術，它結合了光學成像的高對比度和聲學成像的高穿透性和高分辨率，具有成像深度深、空間分辨率高的生物醫學成像方式。近些年在生物醫學的各個領域有著廣泛的應用，如血管結構、腫瘤探測、腦結構和功能成像。光聲顯微成像是光聲成像的重要分支，具有較高的空間分辨率，可實現從細胞到組織的多尺度成像。在光聲顯微成像中，光焦點和聲焦點通常是共軸共焦的，橫向分辨率由光焦點和聲焦點共同決定，可分為光學分辨光聲顯微成像系統和聲學分辨光聲顯微成像系統。在聲學分辨光聲顯微成像系統中，入射光為弱聚焦，光焦點尺寸遠遠大于聲焦點大小，因此，橫向分辨率由較小的聲焦點來決定。在光學分辨光聲顯微成像系統中，通常使用高數值孔徑的物鏡對入射光進行強聚焦，光焦點尺寸遠遠小于聲焦點，橫向分辨率則取決于光焦點的大小。然而，在光學分辨光聲顯微成像系統中，對光束進行強聚焦來獲得高分辨率會導致成像景深較小，橫向分辨率在光焦點外會迅速惡化。較小的成像景深導致系統體積成像速度受限，無法對生理活動等進行快速大范圍的監測。

為了解決這個問題，很多研究者提出了不同的方法。一種比較普遍由簡單的方法是使用機械掃描的方式，但這種方法存在掃描速度慢、精度有限，引入機械振動等問題。也有研究者通過使用從上下兩個方向進行照明以獲得兩倍的成像景深，但這種方式系統只能為透射式，僅能對透明或者較薄的樣品進行大景深成像。也有研究者利用非消色差物鏡的色差特性，利用多波長激光器來產生沿軸向的多個焦點，從而獲得系統軸向成像范圍的提升，但該方法犧牲了系統的功能成像。

發明內容

基于此，有必要針對上述提到的問題，提供一種基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置及方法。

一種基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置，其特征在于：所述的基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像裝置主要包括脈沖激光器、壓電陶瓷圓管、三維掃描器和函數發生器、數字脈沖延時器。

一種基于超聲調制的大景深貝塞爾光束光聲顯微成像方法，包括：

S1：脈沖激光器發射激光脈沖，經過擴束系統將光斑大小整形至和壓電陶瓷圓管口徑相當后入射至填充滿光學透明液體的壓電陶瓷圓管；

S2：使用函數發生器對壓電陶瓷圓管施加一個正弦射頻信號，壓電陶瓷圓管內外壁發生振動并產生超聲波，超聲波會周期性地調制局部光學透明液體密度，進而改變光學透明液體折射率分布，徑向上光學透明液體折射率分布表現為零階貝塞爾函數分布，并且和正弦射頻信號同步變化；

S3：使用同步電路同步激光器出光和壓電陶瓷圓管內液體折射率的變化，使激光器固定在折射率變化的一個相位上出光；

通過控制數字脈沖延時器的延時可以使脈沖激光器在壓電陶瓷圓管內液體折射率變為正最大的時候出光，此時壓電陶瓷圓管內液體徑向折射率分布為零階貝塞爾函數分布。這樣，經超聲調制后從壓電陶瓷圓管出來的光束為貝塞爾光束。

S4:將獲得的貝塞爾光束通過第五聚光透鏡聚焦至樣品上。產生的光聲信號經過聲透鏡探測，經放大器放大，最后被采集卡采集。