[發(fā)明專利]一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組分定量成像法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110973416.1
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113933245B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶超;吳詩晴;劉曉峻
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/31;G01N21/01
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組份定量成像法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：將雙組份的目標樣本置于樣本片上，將樣本片安裝在單波長透射式光聲顯微鏡上，即先將樣本片固定在共聚焦皿底部，再向共聚焦皿內(nèi)注入耦合液體；球形聚焦超聲換能器安置在共聚焦皿上方，物鏡安裝在共聚焦皿下方，球形聚焦超聲換能器與物鏡同軸共聚焦對準；脈沖激光通過物鏡聚焦在目標樣本上，球形聚焦超聲換能器表面浸入共聚焦皿中的耦合液體內(nèi)；

步驟2：激光器產(chǎn)生單波長的脈沖激光，脈沖激光通過物鏡聚焦在目標樣本上；脈沖激光與目標樣本相互作用，產(chǎn)生光吸收和光散射；

步驟3：由于光吸收和光散射，目標樣本吸收部分脈沖激光的能量，該部分能量經(jīng)光聲效應(yīng)產(chǎn)生光聲信號S_II；光聲信號S_II在共聚焦皿中的耦合液體內(nèi)傳播，球形聚焦超聲換能器在t_II時刻接收到光聲信號S_II；

步驟4：目標樣本未吸收的剩余部分脈沖激光能量在共聚焦皿中的耦合液體內(nèi)傳播，于t_I時刻在球形聚焦超聲換能器表面產(chǎn)生光聲信號S_I，t_I時刻早于t_II時刻；

步驟5：針對目標樣本的每個采樣點，球形聚焦超聲換能器采集到兩個在時序上分離的光聲信號，將這兩個光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、數(shù)字化后導(dǎo)入計算機；

步驟6：使用二維電移臺承載樣本片移動，對目標樣本進行逐點掃描；

步驟7：分析目標樣本每個采樣點上的兩個光聲信號，結(jié)合目標樣本中每種組份的光吸收和光散射特性，定量求解目標樣本兩種組份的含量；

步驟8：重復(fù)步驟7，以各組份濃度為成像參數(shù)，可以得到目標樣本中各組份含量的分布圖像；

脈沖激光經(jīng)過目標樣本的光吸收和光散射后，到達球形聚焦超聲換能器表面的脈沖激光被減弱，進而引起光聲信號S_I強度的降低，光聲信號S_I幅度的降低量與目標樣本的光吸收和光散射成正比；目標樣本中的光吸收體引起光聲信號S_II強度的增加，光聲信號S_II幅度的增加量與目標樣本的光吸收成正比；

設(shè)目標樣本的兩個組份分別為組份A和組份B，在樣本片(x,y)位置處兩組組份的含量分別為m_a(x,y)和m_b(x,y)，組份A和組份B的吸收系數(shù)分別是ε_a和ε_b，組份A和組份B的散射系數(shù)分別是σ_a和σ_b；

對于光聲信號S_I，令s₁表示目標樣本導(dǎo)致的光聲信號S_I強度的降低量，存在如下關(guān)系：

(ε_a+σ_a)·m_a+(ε_b+σ_b)·m_b＝α₁·s₁????????????(1)其中：α₁是與脈沖激光強度、系統(tǒng)增益和球形聚焦超聲換能器表面的光吸收特性有光的系統(tǒng)參數(shù)；

對于光聲信號S_II，令s₂表示目標樣本導(dǎo)致的光聲信號S_II強度的增加量，存在如下關(guān)系：

ε_a·m_a+ε_b·m_b＝α₂·s₂?????????????(2)

其中：α₂是與脈沖激光強度、系統(tǒng)增益和球形聚焦超聲換能器的響應(yīng)有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)；

聯(lián)立方程(1)和(2)，得到如下方程組：

其中：k₁₁＝(ε_a+σ_a)/α₁，k₁₂＝(ε_b+σ_b)/α₁，k₂₁＝ε_a/α₂，k₂₂＝ε_b/α₂。