[发明专利]一种光声显微成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及成像领域，尤其涉及一种光声显微成像系统。

背景技术

光学成像技术是当前各类生物医学影像技术中发展最为迅速的分支之一。相比其他医学成像手段如X线成像、计算机断层成像、正电子发射断层成像、超声成像、磁共振成像、荧光共聚焦和双光子荧光成像等，光学成像技术在分辨率、化学特异性、灵敏度、安全性等某个或多个方面分别具有优势。但光学成像技术最大的局限性在于其组织穿透深度。光声成像技术的出现很好地克服了这一问题。光声成像技术是在用脉冲的激光照射生物样本后，能量会被样本内部的组织迅速吸收，组织会受热膨胀形成瞬时压力，产生一个宽带的超声波信号，该超声波信号被称作光声信号。光声信号将穿过组织向外传输，可被放置在样本外侧的超声换能器探测到，根据光声信号的强弱计算出相应的样本生物组织成分，根据光声信号到达超声换能器的时间反计算出相应的深度信息。这样就得到组织内部轴向方向(沿激光光束方向)的组织成分与深度信息，随着对生物样本的x-y平面逐点扫描，就可以获得该区域的3D(立体)图像。获到的3D图像分辨率分轴向分辨率与侧向分辨率，轴向分辨率取决于超声换能器的工作频率与带宽，侧向分辨率取决于光声成像技术中光学焦点或者声学焦点的大小。

在样本生物组织中，若成像深度小于光学平均自由行程(约1mm)时，可以将激光束聚焦到几个微米尺度甚至纳米量级的微小焦斑上，这一焦斑尺寸已经接近或者达到光学的衍射极限；如果要达到同样微小的焦斑尺寸，声学信号的中心频率至少需要几百MHZ以上，在如此高频下，超声波信号只能在生物组织中传播几百微米。因此在深度小于1mm的组织表层，光学聚焦性能优于声学聚焦，光学焦点小于声学焦点，光学显微镜的侧向分辨率取决于光学焦点的大小，这样的光声显微成像系统称之为具有光学分辨率的光声显微成像系统(OR-PAM)，分辨率最高可达到纳米级。但在样本生物组织中若成像深度大于1mm而达到几十个mm时，由于样本生物组织中强烈的光学散射，激光束不能被有效地在这一深度下聚焦，但是超声波信号却能够在这一深度下有效地聚焦。这种情况下，声学焦点小于光学焦点，光声显微镜的侧向分辨率主要取决于声学焦斑的大小，这样的光声显微成像系统称之为具有声学分辨率的光声显微成像系统(AR-PAM)，可以在几个毫米到几十个毫米的成像深度上获得几十微米到几百微米的侧向分辨率。

当前在一个系统上既能实现光学分辨率的光声显微成像系统(OR-PAM)，又能实现声学分辨率的光声显微成像系统(AR-PAM)的方案设计主要有以下一种。

该种设计方案原理如图1所示，图示中，Pump laser和Dye laser整体代表激光器，Iris代表光阑，L1代表透镜，PH代表针孔，M1代表平面镜，EL代表电动可调焦透镜，Obj1代表物镜，FB代表光纤束，Obj2代表物镜，BS代表分光镜，Obj3代表物镜；M2代表平面镜；GS代表玻璃片，S代表样本，W代表水槽，P代表棱镜，UT代表换能器，L2代表透镜，PD代表光电二极管，Amplifier代表放大器，DAQ代表数据采集卡，WS代表电脑。通过一个电动可调焦透镜改变激光束耦合至光纤束断面时光斑的大小。当系统实现光学分辨率的光声显微成像(OR-PAM)时，调整可调焦透镜的焦距使激光光斑大小恰好在光纤束最中心的那根光纤上(请参见图2a)；当系统实现声学分辨率的光声显微成像(AR-PAM)，调整可调焦透镜的焦距使激光光斑大小恰好覆盖整个光纤束的断面(请参见图2b)，这样可在不损坏光纤束的情况下传输更多的能量，调节原理的示意图如图2a和图2b所示。这种方案虽然在单个系统实现上光学分辨率和声学分辨率的跨尺度成像，但是存在以下缺点：对样本生物样本必须要先完成光学分辨率的成像，也即调整可调焦透镜的焦距使激光光斑大小恰好覆盖整个光纤束的断面，对整个样本进行全部扫描，然后通过调整透镜的焦距，切换到另一种声学分辨率的成像，也即调整可调焦透镜的焦距使激光光斑大小恰好在光纤束最中心的那根光纤上。此种设计方案的其中一个缺点为不能对样本实现同步的光学分辨率成像与声学分辨率成像，且激光束在光纤束中的耦合效率不高，传输的能量也较小。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种光声显微成像系统，成像效果较好。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种光声显微成像系统，包括激光发生器、光路系统、超声换能器和扫描装置，其中，

所述激光发生器用于输出高频率的激光束和高能量的激光束；

所述光路系统用于将所述高频率的激光束和所述高能量的激光束输出给所述扫描装置，