反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置與方法，屬于共焦顯微成 像技術(shù)和光聲顯微成像技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 共焦顯微成像技術(shù)由于具有光學(xué)領(lǐng)域獨(dú)特的層析成像能力和高空間分辨能力，而 被作為重要的技術(shù)手段在生物醫(yī)學(xué)研宄、物理化學(xué)研宄、材料測試、微納測試等領(lǐng)域得到廣 泛的應(yīng)用。但是，現(xiàn)有共焦顯微成像技術(shù)主要采用物體的散射光或熒光來進(jìn)行成像，它獲得 的僅是被觀察物體的結(jié)構(gòu)圖像，無法獲得細(xì)胞或生物大分子的功能圖像，同時共焦顯微成 像的層析深度僅達(dá)亞毫米量級。
[0003] 光聲成像是基于光聲信號以樣品的光學(xué)吸收特性為對比機(jī)制來進(jìn)行成像，由于光 聲信號與生物組織的光學(xué)、熱學(xué)和聲學(xué)特性有關(guān)，因而光聲信號所攜帶的信息量遠(yuǎn)多于共 焦顯微成像中散射光和熒光所攜帶的信息量，因此，光聲成像可實(shí)現(xiàn)生物功能的成像，即可 獲得生物組織的化學(xué)組分及生物學(xué)行為（如生長、凋亡、代謝、病變、突變等）特征信息，同 時光聲成像的層析深度可達(dá)厘米量級。但是，光聲成像的分辨力僅達(dá)10微米，它無法實(shí)現(xiàn) 細(xì)胞水平的結(jié)構(gòu)圖像。
[0004] 若將上述兩種成像技術(shù)結(jié)合在一起，來進(jìn)行生物組織光聲和熒光互補(bǔ)成像，便可 獲取組織或細(xì)胞的更多的信息，同時可通過共焦聚焦提高橫向分辨力，通過超聲時間探測 進(jìn)一步拓展層析成像深度。
[0005] 基于上述情況，本發(fā)明提出一種同時利用后向散射光子來實(shí)現(xiàn)共焦顯微成像與光 聲成像的反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置與方法，以期對生物活體進(jìn)行原位、無創(chuàng) 的實(shí)時成像。
[0006] 本發(fā)明將反射式分光瞳共焦顯微成像系統(tǒng)與光聲成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能有機(jī)融 合，利用共焦顯微成像系統(tǒng)探測樣品的成分空間信息，利用光聲顯微成像系統(tǒng)探測樣品的 成分功能信息，繼而實(shí)現(xiàn)樣品成分空間信息和功能信息的同時探測。
[0007] 反射式分光瞳共焦顯微成像系統(tǒng)的采用使共焦-光聲顯微成像裝置的軸向分辨 力和工作距得以有效兼顧，抑制高散射樣品焦面雜散光對共焦顯微成像質(zhì)量的干擾，便于 共焦-光聲顯微成像裝置的集成化和手持式設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置及方法，以期同 時獲得樣品成分空間彳目息和功能彳目息。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010] 本發(fā)明的一種反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置，包括點(diǎn)光源系統(tǒng)，還包括 依次放置在脈沖光束行進(jìn)方向的準(zhǔn)直鏡、反射聚光鏡、三維光束掃描器和被測樣品，依次放 置在被測樣品背向散射方向來探測光聲信號的聲學(xué)透鏡和超聲換能器，以及用于探測被測 樣品背向散射光或熒光信號的反射式分光瞳共焦探測系統(tǒng)；其中，反射式分光瞳共焦探測 系統(tǒng)包括：沿被測樣品背向散射方向依次放置的三維光束掃描器、反射聚光鏡、集光鏡和點(diǎn) 探測器。
[0011] 本發(fā)明反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置中，反射聚光鏡與聲學(xué)透鏡背向貼 近放置，且經(jīng)反射聚光鏡和三維光束掃描器聚焦的光學(xué)焦點(diǎn)與聲學(xué)透鏡的焦點(diǎn)重合。
[0012] 本發(fā)明反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置中，點(diǎn)光源系統(tǒng)可以采用出射光 纖，點(diǎn)探測器可以采用探測光纖。
[0013] 本發(fā)明反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置中，點(diǎn)光源系統(tǒng)還可以由激光器、 放置在激光出射方向的聚焦鏡和放置在聚焦鏡焦點(diǎn)位置的第一針孔構(gòu)成。其中，激光器可 采用脈沖激光或周期性強(qiáng)度調(diào)制激光，其波長、脈寬和重復(fù)頻率可根據(jù)需要選擇。
[0014] 本發(fā)明反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置中，點(diǎn)探測器可以由放置集光鏡焦 點(diǎn)處的第二針孔和位于第二針孔后的光電探測器構(gòu)成。
[0015] 本發(fā)明的一種反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像方法，包括以下步驟：
[0016] 步驟一、打開點(diǎn)光源系統(tǒng)，使點(diǎn)光源系統(tǒng)出射的脈沖光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡、反射聚光鏡、 三維光束掃描器后聚焦到被測樣品上激發(fā)出光聲信號、散射光或熒光信號；
[0017] 步驟二、利用聲學(xué)透鏡和超聲換能器來收集和探測光聲信號，用于表征被測樣品 的生物功能信息；
[0018] 步驟三、利用三維光束掃描器、反射聚光鏡、集光鏡和點(diǎn)探測器來收集和探測被測 樣品的散射光或熒光信號，用于表征被測樣品的結(jié)構(gòu)圖像信息；
[0019] 步驟四、通過三維光束掃描器來控制聚焦光束對被測樣品進(jìn)行三維掃描，來實(shí)現(xiàn) 對被測樣品激發(fā)出的光聲信號、散射光或熒光信號的層析成像。
[0020] 有益效果：
[0021] 本發(fā)明對比已有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1)本發(fā)明基于斜入射的激光共焦顯微成像系統(tǒng)，使激發(fā)光照射區(qū)域與超聲探頭檢 測區(qū)域相重合，用同一激發(fā)光源通過斜入射照射方式同時激發(fā)出光聲和熒光信號，以期實(shí) 現(xiàn)光聲和熒光信號的同時雙成像，可獲得單模式方式難以獲得的信息；
[0023] 2)斜入射的激光共焦成像技術(shù)，在不降低軸向分辨力的前提下，大幅增加了成像 系統(tǒng)的工作距，使光聲成像系統(tǒng)和三維光束掃描器便于集成到反射式分光瞳共焦-光聲顯 微成像裝置，便于生物活體成分結(jié)構(gòu)信息和功能信息的原位、無創(chuàng)、實(shí)時成像；
[0024] 3)在不引入高數(shù)值孔徑的物鏡的條件下，利用低數(shù)值孔徑的物鏡即可提高共焦 系統(tǒng)的軸向分辨力，擴(kuò)展了共焦顯微系統(tǒng)的工作距離，更易于測量裝置實(shí)現(xiàn)小型化和手持 式；
[0025] 4)斜入射的激光共焦成像技術(shù)可抑制焦面上生物樣品雜散光對共焦顯微成像質(zhì) 量的干擾等。
【附圖說明】
[0026] 圖1.反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置；
[0027] 圖2.反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置；
[0028] 圖3.反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置；
[0029] 圖4.反射式分光瞳共焦-光聲顯微成像裝置實(shí)施例；
[0030] 圖5.反射式分光瞳共焦顯微成像示意圖；
[0031] 圖6.反射式分光瞳共焦顯微結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖7.反射式分光瞳共焦顯微成像與共焦顯微成像軸向分辨力比較。
[0033] 其中：1-點(diǎn)光源系統(tǒng)、2-脈沖光束、3-準(zhǔn)直鏡、4-反射聚光鏡、5-超聲換能器， 6_聲學(xué)透鏡、7-像差補(bǔ)償半球鏡、8-三維光束掃描器、9-集光鏡、10-點(diǎn)探測器、11-被測樣 品、12-第一針孔、13-聚焦鏡、14-激光器、15-第二針孔、16-光電探測器、17-出射光纖、 18-探測光纖、19-彳目號米集系統(tǒng)、20-超聲探測電路系統(tǒng)、21-計(jì)算機(jī)、22-斜入射激發(fā)光束、 23-斜出射被測樣品散射光、24-照明光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF)、25_收集光學(xué)系統(tǒng)PSF、 26-系統(tǒng)合成PSF、27-反射式分光瞳共焦顯微系統(tǒng)仿真軸向響應(yīng)曲線、28-共焦顯微系統(tǒng)仿 真軸向響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例基于圖4所示的反射式分光