[發明專利]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

• 申請號: 202110973416.1
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113933245B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 陶超;吳詩晴;劉曉峻
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 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所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組份定量成像法，當脈沖激光照射樣品后，由于光聲效應激發光聲信號，超聲換能器可以檢測到兩個攜帶有樣本不同信息的光聲信號。通過分析兩個光聲信號的大小，并根據樣品中不同組分光吸收和光散射特性的差異，從而實現對樣品中的雙組分成分的定量成像。本發明提出的方法，基于光學分辨率的透射式光聲顯微鏡，可以實現高對比度的雙組分混合物含量的定量成像；該方法無需不同波長或不同能量激光的多次差異性照射，避免了多個激發源和多次激發導致的許多缺點，在揭示基本生理和病理現象方面具有較高的易用性和實用性。

技術領域

本發明涉及一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組分定量成像法，是一種利用透射模式光聲顯微鏡在單波長單次照射下實現雙組分定量成像的方法。

背景技術

對生化樣品中不同組分的定量分析和成像具有重要的應用價值。例如，組織中多種發色團濃度的定量信息可以對許多基本的生理和病理現象提供重要的信息；通過血管中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的定量成像，還能獲得的血氧飽和度圖像，從而反映組織的氧代謝狀況。

光聲顯微鏡是一種新興的基于光聲效應的生物醫學成像技術。當激光脈沖照射樣品時，入射光被樣品中的發色團(如血紅蛋白、脂類、黑色素、膠原、DNA/RNA等)吸收，導致局部溫度升高和熱彈性膨脹，進而產生超聲波，這就是光聲效應。光聲效應產生的超聲波又被稱為光聲信號。光聲信號的強度與樣品的光吸收系數成正比。由于生物組織中各種生物分子組份具有特定的光吸收特性，因此，光聲顯微鏡可以有效地提供生物組織功能和分子圖像。

光聲顯微鏡對組織中多種成分的成像顯示出巨大潛力。基于雙波長激發的光聲顯微鏡已經成功地測量了含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度，并進一步提取血氧飽和度。此外，基于分子弛豫效應的光聲顯微鏡，使用不同強度的激光來區分氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白。然而，這些方法通常都需要多波長激發、多次激發，因此需要多臺激光器，或者波長可調諧激光器，從而實現不同波長或不同能量的差異性照射，增加了系統的復雜性和成本。而且，多次照射會降低測量精度和生物安全性。總之，多組分的定量成像仍然是一個十分有吸引力的挑戰。

發明內容

發明目的：為了克服以往多組分定量成像需要多個激發源的局限性，實現在單波長單次照射條件下的雙組分定量成像，本發明提供一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組分定量成像法，采用單波長透射模式光聲顯微鏡掃描樣品，在每點激光激發后，聚焦超聲換能器可以同時采集到兩個光聲信號，這兩個信號的幅度與樣品的光吸收和光散射特性有關，通過分析這兩個信號的強度，并且結合樣品中兩個組分光吸收和光散射特性的不同，可以實現對樣品中雙組分的量化并成像。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于單波長透射式光聲顯微鏡的雙組份定量成像法，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，以實現良好的聲耦合；

步驟2：激光器產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，該部分能量經光聲效應產生光聲信號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；