[发明专利]全内反射式光声显微成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光声显微成像技术领域，特别涉及一种全内反射式光声显微成像系统及方法。

背景技术

高分辨的生物组织成像对于了解生物体内各种生理过程、监测疾病的产生与发展、临床早期诊断等领域具有重要的意义，目前常见的高分辨成像模式有光学显微成像和超声显微成像两种，光学显微成像如光学相干层析成像、共聚焦显微成像、双光子显微成像等技术，依赖生物组织的散射或外源荧光信号进行成像，超声显微成像依赖生物组织的声阻抗特性差异进行成像，因此对比度较差。

近年来，对于光声生物组织成像的技术研究不断有新的突破，利用短脉冲激光激发生物组织内的吸收体如血液、黑色素等产生超声信号，通过探测扩散到生物组织表面的超声信号从而重建出生物组织内的吸收体分布，而这些吸收体往往包含了生物组织内部丰富的生理病理信息，因此，通过光声成像可以对生物病变生物组织和正常生物组织获得比较好的区分。这种成像方式与传统的X射线CT、核磁共振成像、超声成像相比，不仅是非电离辐射，对人体完全无害，而且对病变生物组织具有非常好的对比度。

三维高分辨的光声成像可以对吸收体的分布等信息做出精确表征，因此对生理病理的早期诊断具有重要意义，高空间分辨率的光声显微成像系统也逐渐被研发出来。美国US 20060184042公开了一种暗场反射式光声显微成像系统，系统空间分辨率决定于超声探头的频率特性，通过使用高频探头可以获得微米量级高分辨的成像结果。文献Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries.Optics Letters.33(9)：929-931公开了一种光学分辨的光声显微成像系统，通过光学聚焦配合超声探测的方法实现了5微米的空间分辨率。在此基础上，文献In vivo label-free photoacoustic microscopy of cell nuclei by excitation of DNA and RNA.Optics Letters.35(24)：4139-4141公开了一种亚波长(几百个纳米)分辨率的光声显微成像系统。但是这些系统都是仅对系统的侧向分辨率进行提高，轴向分辨率依然维持在微米量级，因此，这种成像模式无法实现三维的高分辨(纳米量级)成像。文献Total internal reflection photoacoustic detection spectroscopy.Proceedings of SPIE，Vol.7899：78993E介绍了一种基于全内反射的光声谱技术，但这种技术仅限于对生物组织的的化学分子信息进行分析，不涉及成像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以实现三维的高分辨成像的全内反射式光声显微成像系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全内反射式光声显微成像系统包括激光器、聚焦透镜、棱镜、超声传感器及成像装置；所述激光器发射的激光依次通过所述聚焦透镜、棱镜照射在生物组织的界面，从而在所述棱镜和所述生物组织的界面发生全内反射，并在所述生物组织产生超声波信号；所述超声波信号通过所述超声传感器传送至所述成像装置。

进一步地，所述全内反射式光声显微成像系统还包括准直透镜、物镜；

所述聚焦透镜和所述棱镜之间依次设置有所述准直透镜和所述物镜。

进一步地，所述全内反射式光声显微成像系统还包括与所述成像装置连接的二维平移台，所述准直透镜、物镜、棱镜及超声传感器设置在所述二维平移台上。

进一步地，所述超声传感器放置在所述棱镜的顶边或生物组织的界面的底端。

进一步地，所述全内反射式光声显微成像系统还包括放大器及数据采集卡；所述超声传感器及成像装置之间依次设置有所述放大器及所述数据采集卡。

进一步地，所述棱镜是包括两个平行的平面的棱镜。

本发明还提供一种全内反射式光声显微成像方法包括以下步骤：

步骤10、通过一束短脉冲激光聚焦入射到生物组织的界面，从而在生物组织的界面发生全内反射，在生物组织的界面产生倏逝波，诱导生物组织表面产生超声信号；

步骤20、利用超声传感器探测超声信号，并采集到成像装置；

步骤30、重复步骤10、步骤20，从而重建出生物组织的三维图像。

进一步地，所述脉冲激光波长为300-1000nm。