[发明专利]一种大视场光声显微成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种大视场光声显微成像装置及方法。该装置包括激光源组件、光束传输组件、光束扫描组件、反射式成像端口组件、二维步进电机组件及计算机。该方法使用单模光纤传输激光器发出的脉冲激光作为激发光，从样品的上下两个方向同时照射，使用平场扫描透镜聚焦，使用二维扫描振镜沿成像区域半径扫描光焦点，依次激发光声信号并使用线聚焦超声换能器探测，结合半径旋转扫描方法实现三维成像。在此基础上，使用二维步进电机平移样品，以实现高分辨率成像的同时获得超大的成像视场。结合器官脱细胞透明化技术及本发明提出的梯度浓度造影的成像策略，实现多种大尺寸动物器官血管网络三维成像。

技术领域

本发明属于医疗设备与方法领域，具体涉及一种大视场光声显微成像装置及方法。

背景技术

光声成像是一种基于光学吸收对比度成像的成像方法，是通过探测样品吸收脉冲激光能量，由于非辐射弛豫将光转化为热，产生热致弹性膨胀，最终发射出的超声波以获取样品内部光吸收分布的光激发-声探测混合成像。在此基础上，光声显微成像通过结合光学聚焦和高频超声探测，可以获得接近光学衍射极限的分辨率，被广泛用于对生物组织的血管网络、脂质分布等方面的研究。

光声显微成像是一种点对点的成像方式，需要对成像样品进行扫描。国内外相关研究大都采用扫描振镜或高精度步进电机进行扫描，受限于高精度与大行程扫描之间的矛盾，当前光声显微成像的成像范围一般为10×10mm²，横向分辨率一般为1-20微米。针对以上问题，多个研究团队提出了不同的解决方法。中国香港城市大学的Wang及美国杜克大学的Yao等在2020年提出了使用水浸式多边形反射镜扫描以获得12×12mm²的光声显微成像系统；江西科技师范大学的曾吕明团队在2021年提出了使用自制的透明超声换能器结合扫描振镜实现20×20mm²的光声显微成像系统；韩国庆北大学的Jeon团队2021年提出利用扫描振镜进行水浸式扫描以获得的14.5×9mm²成像范围。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对现有光声显微成像方法视场的问题，提供一种结合半径旋转扫描高分辨率成像、大行程二维步进电机大扫描范围及双向照明扩展轴向景深的新型大视场光声显微成像装置及方法，同时满足大视场、高分辨率的要求，，能够获得单次旋转扫描成像范围为1200mm²，最大110mm×110mm×10mm的成像视场，提供一种新型成像装置。

另一方面，本发明针对当前脱细胞透明化动物器官缺少合适的三维血管结构成像方式的问题，以大视场光声显微成像为基础，利用梯度浓度造影与光声信号幅值间的关系，实现大视场、高分辨、三维多血管网络结构成像，既提取出单一的血管网络，也可以将多套血管的成像结果融合获得整体器官的三维血管网络。本发明为研究动物器官的血管分布及疾病模型中血管结构改变提供一种新方法。

(二)技术方案

本发明为解决其技术问题，提供了一种大视场光声显微成像装置及方法，具体技术方案如下。

一种大视场光声显微成像装置，其特征在于：包括激光源组件、光束传输组件、光束扫描组件、反射式成像端口组件、二维步进电机组件及计算机；

所述激光源组件包括快速纳秒脉冲激光器，用于向成像目标发射脉冲激光；

所述光束传输组件包括空间光滤波器、分光镜、物镜和单模光纤，用于实现脉冲激光的整形，光纤耦合及传输；

所述光束扫描组件包括两组扫描振镜、扫描透镜，用于实现上下两个方向脉冲激光的扫描与聚焦；