[发明专利]一种基于超声调制的贝塞尔光束大景深光声显微成像装置及方法

说明书

一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置，包括脉冲激光器、压电陶瓷圆管、三维扫描器和函数发生器、数字脉冲延时器、D型触发器构成的同步电路。脉冲激光器发射激光脉冲，入射至填充满液体的压电陶瓷圆管，函数发生器对压电陶瓷圆管施加正弦射频信号，压电陶瓷圆管在径向上振动产生超声波，径向上液体折射率表现为零阶贝塞尔函数分布，同步电路同步激光器出光和压电陶瓷圆管的折射率变化，使脉冲激光器在压电陶瓷圆管折射率变化为正最大的时候出光，此时，从压电陶瓷圆管出来的光束为贝塞尔光束，通过第五透镜聚焦在样品上。本发明使用超声调制产生贝塞尔光束，实现光声显微成像成像景深的拓展，利于对生理活动的快速大范围监测。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，特别是涉及一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置及方法。

背景技术

光声成像技术是近些年迅猛发展的生物医学成像技术，它结合了光学成像的高对比度和声学成像的高穿透性和高分辨率，具有成像深度深、空间分辨率高的生物医学成像方式。近些年在生物医学的各个领域有着广泛的应用，如血管结构、肿瘤探测、脑结构和功能成像。光声显微成像是光声成像的重要分支，具有较高的空间分辨率，可实现从细胞到组织的多尺度成像。在光声显微成像中，光焦点和声焦点通常是共轴共焦的，横向分辨率由光焦点和声焦点共同决定，可分为光学分辨光声显微成像系统和声学分辨光声显微成像系统。在声学分辨光声显微成像系统中，入射光为弱聚焦，光焦点尺寸远远大于声焦点大小，因此，横向分辨率由较小的声焦点来决定。在光学分辨光声显微成像系统中，通常使用高数值孔径的物镜对入射光进行强聚焦，光焦点尺寸远远小于声焦点，横向分辨率则取决于光焦点的大小。然而，在光学分辨光声显微成像系统中，对光束进行强聚焦来获得高分辨率会导致成像景深较小，横向分辨率在光焦点外会迅速恶化。较小的成像景深导致系统体积成像速度受限，无法对生理活动等进行快速大范围的监测。

为了解决这个问题，很多研究者提出了不同的方法。一种比较普遍由简单的方法是使用机械扫描的方式，但这种方法存在扫描速度慢、精度有限，引入机械振动等问题。也有研究者通过使用从上下两个方向进行照明以获得两倍的成像景深，但这种方式系统只能为透射式，仅能对透明或者较薄的样品进行大景深成像。也有研究者利用非消色差物镜的色差特性，利用多波长激光器来产生沿轴向的多个焦点，从而获得系统轴向成像范围的提升，但该方法牺牲了系统的功能成像。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的问题，提供一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置及方法。

一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置，其特征在于：所述的基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像装置主要包括脉冲激光器、压电陶瓷圆管、三维扫描器和函数发生器、数字脉冲延时器。

一种基于超声调制的大景深贝塞尔光束光声显微成像方法，包括：

S1：脉冲激光器发射激光脉冲，经过扩束系统将光斑大小整形至和压电陶瓷圆管口径相当后入射至填充满光学透明液体的压电陶瓷圆管；

S2：使用函数发生器对压电陶瓷圆管施加一个正弦射频信号，压电陶瓷圆管内外壁发生振动并产生超声波，超声波会周期性地调制局部光学透明液体密度，进而改变光学透明液体折射率分布，径向上光学透明液体折射率分布表现为零阶贝塞尔函数分布，并且和正弦射频信号同步变化；

S3：使用同步电路同步激光器出光和压电陶瓷圆管内液体折射率的变化，使激光器固定在折射率变化的一个相位上出光；

通过控制数字脉冲延时器的延时可以使脉冲激光器在压电陶瓷圆管内液体折射率变为正最大的时候出光，此时压电陶瓷圆管内液体径向折射率分布为零阶贝塞尔函数分布。这样，经超声调制后从压电陶瓷圆管出来的光束为贝塞尔光束。

S4:将获得的贝塞尔光束通过第五聚光透镜聚焦至样品上。产生的光声信号经过声透镜探测，经放大器放大，最后被采集卡采集。