本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)和醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光聲顯微鏡及其監(jiān)測微泡在生物組織中爆破的方法。

背景技術(shù)：

長期以來，微泡一直作為一種高效、便宜、生物相容性好的超聲成像診斷對比劑。由于微泡具有較高的聲學(xué)散射特性以及對入射超聲波的非線性作用，其在臨床上有許多應(yīng)用，例如對冠狀動(dòng)脈疾病、血管再生、炎癥和腫瘤形成的評(píng)估等等。一般情況下，這些臨床應(yīng)用只是借助微泡的聲阻抗特性來進(jìn)行超聲成像，而忽略了微泡這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的其它利用價(jià)值。

觀察腫瘤治療效果的主要方法是通過成像手段進(jìn)行檢測。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微成像方法可以觀察腫瘤周圍的血管，但是需要組織切片，具有有創(chuàng)性，不利于實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測；而利用超聲成像可以對腫瘤組織進(jìn)行無創(chuàng)成像，但是其較低的圖像分辨率無法有效觀測到腫瘤血管管徑的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種光聲顯微鏡及其監(jiān)測微泡在生物組織中爆破的方法，該光聲顯微鏡利用光聲顯微成像技術(shù)高對比度和高分辨率的特點(diǎn)，在微米級(jí)的空間分辨率層面上觀察生物組織的血管特征，以此達(dá)到監(jiān)測微泡爆破的目的；利用微泡的氣泡結(jié)構(gòu)，當(dāng)使用高能超聲波對其進(jìn)行爆破處理時(shí)，微泡爆破的沖擊力將對組織血管帶來一定的物理殺傷效果，由此可以將該方法運(yùn)用到監(jiān)測腫瘤部位的治療。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種光聲顯微鏡，包括顯微鏡系統(tǒng)、信號(hào)采集控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，信號(hào)采集控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采集顯微鏡系統(tǒng)的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)組件的位置，實(shí)現(xiàn)對顯微鏡的調(diào)整。

所述的顯微鏡系統(tǒng)包括脈沖激光器，脈沖激光器產(chǎn)生短脈沖激光，短脈沖激光誘導(dǎo)生物組織產(chǎn)生光聲效應(yīng)，即瞬時(shí)受熱膨脹，發(fā)出超聲波；沿短脈沖激光前進(jìn)方向依次設(shè)置有第一擴(kuò)束鏡組合、第一顯微物鏡、光纖耦合器、單模光纖、準(zhǔn)直器、第二擴(kuò)束鏡組合、反射鏡、第二顯微物鏡、束分離元件、聲透鏡、水槽和載物平臺(tái)，第一擴(kuò)束鏡組合對脈沖激光器發(fā)出的短脈沖激光進(jìn)行擴(kuò)束，使其到達(dá)第一顯微物鏡表面時(shí)，能夠較完整的覆蓋第一顯微物鏡上的透鏡，實(shí)現(xiàn)較好的聚焦效果；第一顯微物鏡對短脈沖激光進(jìn)行聚焦，縮小聚焦光斑的尺寸，使其通過光纖耦合器進(jìn)入光纖的損耗降到最低；單模光纖傳輸可以進(jìn)一步降低損耗；短脈沖激光出單模光纖后，光束會(huì)呈發(fā)散狀態(tài)，通過準(zhǔn)直器的調(diào)整，將發(fā)散光準(zhǔn)直為平行光；第二擴(kuò)束鏡組合再次對短脈沖激光進(jìn)行擴(kuò)束，使其能夠較完整的覆蓋第二顯微物鏡上的透鏡，實(shí)現(xiàn)較好的聚焦效果，縮小聚焦光斑的尺寸；第二顯微物鏡對光束進(jìn)行聚焦，使焦點(diǎn)位于受體上；聲透鏡對由光聲效應(yīng)產(chǎn)生的超聲信號(hào)進(jìn)行聚焦，使得光焦點(diǎn)與聲焦點(diǎn)共焦時(shí)，達(dá)到最佳的橫向分辨率效果；水槽便于聲耦合，水槽底部是一層薄膜，通過涂抹在動(dòng)物表面的耦合劑可以更好地貼合動(dòng)物表面，水的作用也是作為一種耦合劑，保證聲波在由生物體內(nèi)到聲透鏡之間不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過空氣而造成能量衰減。

所述的信號(hào)采集控制系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的超聲探測器、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)，束分離元件由直角棱鏡和菱形透鏡組成，菱形透鏡左右兩個(gè)側(cè)邊均設(shè)置有硅油層，硅油層具有與透鏡相近的光學(xué)折射率但聲阻抗特性不同，因此在硅油層可以穿透光束而反射聲束，達(dá)到光聲分離的效果，菱形透鏡的另一個(gè)側(cè)邊也設(shè)置有一層硅油層，二次反射超聲波，由超聲探測器接收，超聲探測器設(shè)置在菱形透鏡上，超聲探測器經(jīng)由超聲耦合劑與束分離元件結(jié)合，將聲能轉(zhuǎn)換為電能，聲波的信息通過信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集卡到達(dá)計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)對聲信號(hào)進(jìn)行處理成像。

所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二維平動(dòng)平臺(tái)，束分離元件安裝在二維平動(dòng)平臺(tái)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)改變二維平動(dòng)平臺(tái)的位置，從而滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求，電機(jī)的信號(hào)輸入端電連接計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，通過圖像重建算法重建圖像。

所述的脈沖激光器設(shè)置有同步觸發(fā)裝置，同步觸發(fā)裝置電連接數(shù)據(jù)采集卡，目前常規(guī)的做法是使用一個(gè)分光鏡分離出一束光，經(jīng)過光電二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，得到同步觸發(fā)，本發(fā)明的同步觸發(fā)裝置用以控制數(shù)據(jù)采集卡同步采集每單個(gè)脈沖產(chǎn)生的光聲信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的第一擴(kuò)束鏡組合和第二擴(kuò)束鏡組合均由焦距為20mm第一凸透鏡和焦距為30、40或60mm第二凸透鏡組成，構(gòu)成1.5、2、3倍的放大倍數(shù)。

一種監(jiān)測微泡在生物組織中爆破的方法，所述的方法為利用光聲顯微鏡成像監(jiān)測微泡爆破前后引起腫瘤血管密度變化。

優(yōu)選的，所述的方法包括以下步驟：

1)利用光聲顯微鏡掃描腫瘤區(qū)域，獲取微泡爆破前的腫瘤血管光聲信號(hào)；

2)將微泡注射入動(dòng)物體內(nèi)，用超聲波發(fā)生裝置掃描腫瘤區(qū)域，使腫瘤區(qū)域內(nèi)的微泡破裂；

3)微泡爆破后，利用光聲顯微鏡掃描腫瘤區(qū)域，獲取微泡爆破后的腫瘤血管光聲信號(hào)；

4)對采集到的光聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對比微泡爆破前后腫瘤區(qū)域的血管光聲顯微圖像，以此監(jiān)測微泡在生物組織中爆破。

該方法的工作原理為：腫瘤組織新陳代謝快、生長發(fā)育快，由生理學(xué)知識(shí)已知，這主要是因?yàn)槟[瘤區(qū)域內(nèi)部眾多血管提供了豐富的營養(yǎng)成分。研究表明，損傷血管對抑制腫瘤的生長發(fā)育有良好的應(yīng)用前景，可以起到對腫瘤的治療效果。本發(fā)明利用微泡爆破引起的物理殺傷效果，對腫瘤血管造成損傷，并通過光聲顯微成像監(jiān)測微泡爆破前后引起的血管變化。當(dāng)脈沖激光打在生物組織上時(shí)，一部分光能被吸光物質(zhì)吸收，經(jīng)過能量沉積轉(zhuǎn)換為熱能，吸光物質(zhì)受熱膨脹，又在激光停止照射后遇冷收縮，由此周期性的熱脹冷縮產(chǎn)生超聲波，即光聲信號(hào)。由于光聲信號(hào)反映了組織內(nèi)部的光吸收分布，因此可以通過數(shù)據(jù)處理重建得到血管分布圖像，從而對微泡爆破治療腫瘤的效果進(jìn)行評(píng)估。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明方法結(jié)合了光學(xué)成像高對比度和聲學(xué)成像高分辨率的特點(diǎn)，由于聲信號(hào)傳播在組織中的低散射特性，具有比傳統(tǒng)光學(xué)成像方法有更深的穿透深度；

(2)本發(fā)明利用光聲技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，無需進(jìn)行組織切片等處理，具有無創(chuàng)性，可以實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測，并且該光聲顯微成像設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)多種解剖學(xué)位置的成像；

(3)本發(fā)明使用的微泡，價(jià)格低廉，使用方便，易于應(yīng)用推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述光聲顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為光聲顯微鏡監(jiān)測微泡爆破治療前腫瘤血管光聲顯微成像；

圖3為光聲顯微鏡監(jiān)測微泡爆破治療后腫瘤血管光聲顯微成像。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

一種光聲顯微鏡，包括顯微鏡系統(tǒng)、信號(hào)采集控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，信號(hào)采集控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并采集顯微鏡系統(tǒng)的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)相應(yīng)組件的位置，實(shí)現(xiàn)對顯微鏡的調(diào)整。

所述的顯微鏡系統(tǒng)包括脈沖激光器10，脈沖激光器10產(chǎn)生短脈沖激光，沿短脈沖激光前進(jìn)方向依次設(shè)置有第一擴(kuò)束鏡組合11、第一顯微物鏡12、光纖耦合器13、單模光纖14、準(zhǔn)直器15、第二擴(kuò)束鏡組合16、反射鏡17、第二顯微物鏡18、束分離元件19、聲透鏡20、水槽21和載物平臺(tái)22；所述的束分離元件19由直角棱鏡和菱形透鏡組成，菱形透鏡左右兩個(gè)側(cè)邊均設(shè)置有硅油層23。

所述的信號(hào)采集控制系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的超聲探測器24、信號(hào)放大器25、數(shù)據(jù)采集卡26和計(jì)算機(jī)27，超聲探測器24設(shè)置在菱形透鏡上，超聲探測器24經(jīng)由超聲耦合劑與束分離元件19結(jié)合，將聲能轉(zhuǎn)換為電能，便于計(jì)算機(jī)27對信號(hào)進(jìn)行處理；束分離元件19由直角棱鏡和菱形透鏡組成，菱形透鏡左右兩個(gè)側(cè)邊均設(shè)置有硅油層23，硅油具有與透鏡相近的光學(xué)折射率但聲阻抗特性不同，因此在硅油層23可以穿透光束而反射聲束，實(shí)現(xiàn)將脈沖激光器發(fā)生的激光與生物體反射回來的超聲波進(jìn)行分離，菱形透鏡的另一個(gè)側(cè)邊也設(shè)置有一層硅油層23，二次反射超聲波，由超聲探測器24接收，超聲探測器24探測聲波的信息，聲波的信息通過信號(hào)放大器25、數(shù)據(jù)采集卡26到達(dá)計(jì)算機(jī)27。

為了滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求，實(shí)驗(yàn)人員方便根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對光聲顯微鏡進(jìn)行調(diào)整，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括通過電機(jī)28驅(qū)動(dòng)的二維平動(dòng)平臺(tái)29，束分離元件19安裝在二維平動(dòng)平臺(tái)29上，電機(jī)28的信號(hào)輸入端電連接計(jì)算機(jī)27。

為了采用數(shù)據(jù)采集卡26同步采集每單個(gè)脈沖產(chǎn)生的光聲信號(hào)，所述的脈沖激光器10設(shè)置有同步觸發(fā)裝置30，同步觸發(fā)裝置30電連接數(shù)據(jù)采集卡26。

為了對短脈沖激光進(jìn)行擴(kuò)束，使其能夠較完整的覆蓋在顯微物鏡上的透鏡，實(shí)現(xiàn)較好的聚焦效果，縮小聚焦光斑的尺寸，沿短脈沖激光前進(jìn)方向，所述的第一擴(kuò)束鏡組合11和第二擴(kuò)束鏡組合16均由焦距為20mm第一凸透鏡和焦距為30、40或60mm第二凸透鏡組成。

本發(fā)明還公開了一種監(jiān)測微泡在生物組織中爆破的方法，所述的方法為利用光聲顯微鏡成像監(jiān)測微泡爆破前后引起腫瘤血管密度變化。

所述的方法包括以下步驟：

1)利用光聲顯微鏡掃描腫瘤區(qū)域，獲取微泡爆破前的腫瘤血管光聲信號(hào)；

2)將微泡注射入動(dòng)物體內(nèi)，用超聲波發(fā)生裝置掃描腫瘤區(qū)域，使腫瘤區(qū)域內(nèi)的微泡破裂；

3)微泡爆破后，利用光聲顯微鏡掃描腫瘤區(qū)域，獲取微泡爆破后的腫瘤血管光聲信號(hào)；

4)對采集到的光聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對比微泡爆破前后腫瘤區(qū)域的血管光聲顯微圖像，以此監(jiān)測微泡在生物組織中爆破。

具體試驗(yàn)過程：

配制微泡溶液，取純微泡加入相應(yīng)劑量的生理鹽水，配制成30%濃度的微泡標(biāo)準(zhǔn)溶液，將小鼠進(jìn)行麻醉后，放在載物平臺(tái)并持續(xù)麻醉，在注射微泡溶液前用光聲顯微成像設(shè)備掃描腫瘤區(qū)域得到圖2，隨后在小鼠尾靜脈注射100微升的微泡溶液，用超聲探頭發(fā)射高能超聲波對微泡溶液進(jìn)行爆破。七天后進(jìn)行觀察，對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行光聲成像得到實(shí)驗(yàn)后的光聲圖3。從圖2中可以看出，亮色管狀部分為血管，血管比較豐富；從圖3中可以看出，血管密度下降，說明了微泡爆破對腫瘤區(qū)域血管的殺傷效果。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。