[發明專利]基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像系統及方法

有效

• 申請號: 202011227123.0
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112415096B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 陳重江;蔣新立;邢達
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/24;G01N21/17
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君

本發明公開了一種基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像系統及方法，所述系統包括激光發射模塊、激光分束/合束模塊以及信號采集/掃描成像模塊；激光分束/合束模塊包括第一分束片、第一反射鏡、斬波器、第二反射鏡、第二分束片、光學延遲單元和渦旋玻片，第一分束片、第一反射鏡、斬波器、第二反射鏡、第二分束片依次相連，構成第一光學支路，第一分束片、光學延遲單元、渦旋玻片和第二分束片依次相連，構成第二光學支路；第一分束片與激光發射模塊相連，第二分束片與信號采集/掃描成像模塊相連。本發明可以實現對目標物體的超分辨光聲成像，不僅可以實現非熒光團的超分辨顯微，還不會對成像樣品造成損傷，保證了結構成像和功能成像的真實性。

技術領域

本發明涉及一種基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像系統及方法，屬于信號調制與解調和光聲顯微成像的技術領域。

背景技術

顯微技術自從登上歷史舞臺，就在生命科學中發揮了關鍵作用。光學顯微術，尤其是熒光顯微術，能夠研究細胞和生物組織的三維結構，并通過熒光標記以很高的特異性顯現特定的生物分子，正是這些優勢使顯微技術廣泛應用于生物學、醫學等領域。然而，光學衍射極限的存在導致顯微鏡對空間特征小于探測波長一半的物體成像模糊。近二十年來，超分辨顯微技術蓬勃興起，基于不同原理的各種超分辨率顯微技術被開發出來，旨在克服衍射極限。光學顯微對比度來源于散射和熒光，它不能以足夠的靈敏度成像非輻射的吸收對比，并且熒光標記需要繁復的染色步驟。大多數分子，尤其是生物組織中的分子，吸收特定波長的光子后，會通過非輻射弛豫產生熱量，只有很少種類的分子產生強烈的輻射，如熒光。因此，以光學吸收作為對比度，可以成像更多種類的分子，并將顯微術擴展到更廣泛的應用。光聲成像(Photoacoustic Imaging，PAI)技術的出現已經使吸收對比成像成為可能。

光聲成像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。當脈沖激光照射到生物組織中時，組織的光吸收域將產生超聲信號，這種由光激發產生的超聲信號稱為光聲信號。生物組織產生的光聲信號攜帶了組織的光吸收特征信息，通過探測光聲信號能重建出組織中的光吸收分布圖像。一般來說，在光聲成像中需要用脈沖激光照射成像部位(熱聲成像則特指用無線電頻率的脈沖激光進行照射)。一部分被吸收的光能將會被轉化為熱能，使附近的組織發生熱彈性膨脹，從而形成寬帶(兆赫茲級)的超聲波發射。這一超聲波可以用超聲換能器檢測，不同于超聲造影的是，光聲成像利用了體內不同組分吸收性質的不同。光聲成像結合了光學成像的高對比度特征和超聲成像的高穿透深度特征的優點，從原理上避開了光散射的影響，可以提供高分辨率和高對比度的組織成像。光聲成像在檢測模式、識別功能參數、技術方案以及可行性應用方面都有跨越式的發展。

傳統光聲成像是利用組織的光吸收對比，檢測光聲信號的幅值強度，重建吸收體的光學吸收分布。然而，像寬場光學顯微鏡一樣，光學分辨率的光聲顯微鏡(OR-PAM)的橫向分辨率也受到光學衍射的限制。因此，實現超高分辨率的吸收對比成像成為目前超分辨領域中極具意義、亟待解決的挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像系統，該系統為基于光聲效應、無熒光標記的新型超分辨顯微技術，突破現有光聲顯微技術的光學衍射極限，可以實現對目標物體的超分辨光聲成像，具體可以實現對飽和吸收物質的無標記超分辨光聲成像，不僅可以實現非熒光團的超分辨顯微，還不會對成像樣品造成損傷，保證了結構成像和功能成像的真實性。

本發明的另一目的在于提供一種基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于飽和吸收效應的超分辨光聲成像系統，包括激光發射模塊、激光分束/合束模塊以及信號采集/掃描成像模塊；