[发明专利]一种基于光声成像的快速氧分压检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光声成像的快速氧分压检测系统及方法，其系统包括：激光发生系统、光路系统、光声信号采集系统和交互控制系统；激光发生系统包括两个激光发生器，分别由交互控制系统控制产生激发激光脉冲和探测激光脉冲，激发激光和探测激光均通过光路系统照射到氧含量待测样品上；光声信号检测系统采集并检测氧含量待测样品的光声信号并输出给交互控制系统；交互控制系统根据接收到的光声信号，基于磷光寿命与氧含量之间关系的先验知识计算氧含量待测样品的氧气浓度。本发明可以实现对组织氧含量的快速检测，且测量效率高。

技术领域

本发明涉及光声成像技术领域，具体涉及一种基于光声成像的快速氧分压检测系统及方 法。

背景技术

光动力学疗法(Photodynamic Therapy,PDT)，又名光敏疗法，是近些年在临床上应用越 来越广泛的新型疗法。其基本原理是当病灶处吸收光敏剂后，特定波长的光照使得光敏剂中 的电子受到激发，从基态跃迁至单重激发态，经系间窜跃后转变为三重激发态。三重激发态 的电子通过三重态相互作用将能量传递给周围的氧分子，生成活性很强的单重态氧或氧自由 基，并产生细胞毒性，进而导致靶向细胞坏死。在活体组织中，氧含量受到血液氧输送能力、 组织氧消耗和光动力治疗消耗的三重影响，始终处于动态变化中，因此要利用组织氧含量对 照射光强进行调控，就必须对组织中的氧含量进行快速成像。

目前对组织氧含量的光声测量技术均基于对激发磷光衰减曲线的测量，而对该曲线的拟 合需要在磷光衰减的不同时间点以us级别的时间分辨力进行30～50次光声信号采集。由于 目前超声探测器灵敏度的限制，为了对微弱的磷光信号进行光声检测需要mJ级别的激光单 脉冲能量，而市场上这类激光器的激光重复发射间隔均大于10ms,无法在一次磷光激发后连 续测量其衰减曲线，因而只能采取为磷光激发激光器和磷光检测激光器设置一系列不同的激 光发射延时，并进行多次磷光激发的方法来测量磷光衰减。由于一系列原因所导致的数据吞 吐量不足，目前已有系统均难以实现组织氧含量的快速检测。由于缺乏全自动的设备控制与 激励系统，目前已有设备每次修改磷光衰减曲线的测量时间点均需手动进行，极大的降低了 检测效率。此外，由于目前激光器各次激光发射脉冲能量之间均存在一定程度的抖动，这种 抖动对磷光激发和探测的定量均存在影响，在已有系统中需要进行数十次的数据平均来消除， 进一步拖慢了测量速度。由于这些因素的限制，目前已有系统每次氧含量测量均需耗时数分 钟，难以满足对组织氧含量进行快速检测的要求。

发明内容

针对现有技术对氧含量检测的不足，本发明提供一种基于光声成像的快速氧分压检测系 统及方法，可以实现对组织氧含量的快速检测，且提高测量效率。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光声成像的快速氧分压检测系统，包括：激光发生系统、光路系统、光声信号 采集系统和交互控制系统；所述激光发生系统包括两个激光发生器，分别由交互控制系统控 制产生激发激光脉冲和探测激光脉冲，激发激光和探测激光均通过所述光路系统照射到氧含 量待测样品上；所述光声信号检测系统采集并检测氧含量待测样品的光声信号并输出给交互 控制系统；所述交互控制系统根据接收到的光声信号，基于磷光寿命与氧含量之间关系的先 验知识计算氧含量待测样品的氧气浓度。

在更优的技术方案中，所述快速氧分压检测系统还包括协调激励系统，所述交互控制系 统经由协调激励系统控制激光发生系统产生激光脉冲的时间延迟；所述协调激励系统包括 FPGA、两个分光镜和两个激光能量检测器；所述两个分光镜分别设置于两个激光发生器的输 出光路上，且每个分光镜将激光发生器的部分激光照射到对应的一个激光能量检测器；所述 激光能量检测器从FPGA接收触发检测信号，并检测激光发生器输出激光的能量并反馈给交 互控制系统。

在更优的技术方案中，产生激发激光脉冲的激光发生器的输出波长为532nm，产生探测 激光脉冲的激光发生器的输出波长为740nm。