專利名稱：一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像方法及裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)用光輻照某種吸收體時(shí)，吸收體吸收光能量而產(chǎn)生溫升，溫度升降引起吸收體的體積脹縮，產(chǎn)生超聲波，這種現(xiàn)象稱為光聲效應(yīng)。光聲效應(yīng)自19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直受到人們的關(guān)注，其在各個(gè)方面都有不同程度的應(yīng)用。作為一種新型的成像技術(shù)，光聲成像在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。該成像技術(shù)以短脈沖激光作為激勵(lì)源，以及由此激發(fā)的超聲信號(hào)作為信息載體，通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像重建，進(jìn)而得到組織的光吸收分布信息， 該技術(shù)融合了純光學(xué)成像技術(shù)的高對(duì)比度和純聲學(xué)成像的高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。光聲成像技術(shù)不僅能夠有效的刻畫生物組織結(jié)構(gòu)，還能夠精確實(shí)現(xiàn)無(wú)損功能成像，為研究生物組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)，生理、病理特征，代謝功能等提供了全新手段，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。光聲顯微成像技術(shù)則是近幾年發(fā)展比較迅速的一種成像技術(shù)，它不僅具有高分辨，高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，而且已經(jīng)深入到細(xì)胞層面，可以利用細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的吸收差異來(lái)成像細(xì)胞內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)及其功能。目前光學(xué)顯微鏡難以逾越在成像深度上的限制，因此其無(wú)法做到在體深層次的成像，而光聲則是依靠吸收差異成像，并結(jié)合了超聲的成像深度深及光學(xué)成像對(duì)比度高的優(yōu)點(diǎn)。因而光聲顯微成像技術(shù)具有比純光學(xué)顯微成像技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像裝置，該裝置為便攜式可移動(dòng)的共焦光聲顯微成像裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述裝置進(jìn)行成像的方法，利用該方法可以實(shí)現(xiàn)高速、高分辨、高對(duì)比度成像。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，該成像裝置包括掃描頭組件、聲光共焦組件、光能反饋組件、信號(hào)采集/傳輸/重建組件及儀器固定 /支撐器械組件；其中，所述掃描頭組件包括光聲激發(fā)源和微型X-Y 二維振鏡；所述聲光共焦組件，即為聲光共焦光聲探測(cè)器，包括膠合透鏡組和中空聚焦超聲換能器，膠合透鏡組內(nèi)嵌在中空聚焦超聲換能器中，生產(chǎn)為一整體，兩者嚴(yán)格共軸并共焦點(diǎn)，即膠合透鏡的焦點(diǎn)與中空超聲聚焦換能器的焦點(diǎn)重合，實(shí)現(xiàn)光聲共焦成像，聲光共焦光聲探測(cè)器的焦點(diǎn)即為中空超聲聚焦換能器的焦點(diǎn)，也為膠合透鏡的焦點(diǎn)；所述光能反饋組件包括分光鏡、透鏡及光電二極管；以上所述光聲激發(fā)源、微型X-Y 二維振鏡與分光鏡、透鏡以及光電二極管以嚴(yán)格共軸結(jié)構(gòu)固定在可移動(dòng)的暗箱中，該暗箱與聲光共焦光聲探測(cè)器通過精密機(jī)械接口結(jié)合為一整體，保證該顯微成像裝置的可移動(dòng)性能； 所述信號(hào)采集/傳輸/重建組件是由雙通道并行采集卡、同軸電纜、安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)依次相連組成；儀器固定/支撐器械組件支撐掃描頭組件及光能反饋組件，并使其與聲光共焦組件相連接。所述光能反饋組件將從分光鏡分束出來(lái)的脈沖激光通過透鏡聚焦以后用光電二極管接收，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光能量輸出大小，對(duì)從各掃描點(diǎn)接收的光聲信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)幅值補(bǔ)償。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述掃描頭組件中的光聲激發(fā)源包括透鏡、針孔和微片激光器；所述微片激光器采用高重復(fù)頻率短脈沖微片激光器，型號(hào)可以為HLX-I-F005，其他型號(hào)可用；微片激光器大小為80 X 90 X 104mm3，重復(fù)頻率為IHz 5kHz。所述中空聚焦超聲換能器主頻為I 75MHz。所述雙通道并行米集卡的型號(hào)可以為NI 5224, National Instrument, USA生產(chǎn)。所述采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)是用Labview和Matlab自行編寫的。所述精密機(jī)械接口為大小為M20X0. 7的精密螺紋機(jī)械接口。一種利用上述裝置進(jìn)行成像的方法，包括以下操作步驟(I)將聲光共焦光聲探測(cè)器安裝在包括光聲激發(fā)源和微型X-Y 二維振鏡的掃描頭組件上，使聲光共焦光聲探測(cè)器中的中空聚焦超聲換能器下端進(jìn)入耦合液的深度為5 10mm，盛放耦合液的耦合槽置于樣品的正上方；同時(shí)使聲光共焦光聲探測(cè)器的焦點(diǎn)落在樣品表面上，以上位置關(guān)系可形成一種反射接收方式，即產(chǎn)生的光聲信號(hào)通過耦合液被樣品正上方的聲光共焦光聲探測(cè)器接收，該接收方式可以在時(shí)間上分辨出軸向的信號(hào)，便于重建組織的三維圖像；(2)光聲激發(fā)源發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光通過透鏡和針孔后到達(dá)光能反饋組件中的分光鏡，脈沖激光經(jīng)分光鏡分束，一束通過微型X-Y 二維振鏡后經(jīng)過聲光共焦光聲探測(cè)器中的膠合透鏡組聚焦，照在樣品上，即膠合透鏡組的聚焦光斑落在樣品上，激發(fā)出光聲信號(hào)，光聲信號(hào)經(jīng)過耦合槽中的耦合液后被聲光共焦光聲探測(cè)器接收；另一束經(jīng)過光能反饋組件中的透鏡聚焦后的光能量信號(hào)用光電二極管接收，產(chǎn)生電信號(hào)；其中，由分光鏡分束出來(lái)的脈沖激光用光電二極管接收，目的是探測(cè)激光能量的穩(wěn)定性，從而實(shí)時(shí)對(duì)光聲信號(hào)做出補(bǔ)償，即通過光電二極管對(duì)激光能量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證成像的的高對(duì)比度與均勻性；(3)聲光共焦光聲探測(cè)器接收的光聲信號(hào)和光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)同時(shí)被雙通道并行采集卡同時(shí)采集并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行光聲信號(hào)的實(shí)時(shí)能量校正，對(duì)每個(gè)光聲信號(hào)及光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)做歸一化處理，并進(jìn)行圖像重建；改變微型X-Y 二維振鏡 X> Y軸的各自偏角使脈沖激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的在樣品上形成掃描區(qū)域，振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，雙通道采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；使用不同膠合透鏡組時(shí)可以有不同的最大掃描范圍，例如用4X，數(shù)值孔徑為O. I的膠合透鏡時(shí)最大掃描范圍為3X3mm3 ；(4)采集完全部信號(hào)后，通過最大值投影的方法重建出樣品的光聲顯微二維圖像及三維圖像。由于每個(gè)光聲信號(hào)在時(shí)間尺度上反映的是軸向空間位置的樣品的吸收信息，對(duì)所有的光聲信號(hào)取相同長(zhǎng)度并在每條掃描線上作縱切面投影，將投影后得到的光聲圖像在三維重建軟件volvieW3. 2上重建三維圖像，在三維重建軟件中可以旋轉(zhuǎn)整個(gè)三維圖像得到任意視角的三維圖像。所述光聲激發(fā)光源激發(fā)的脈沖激光波長(zhǎng)為400 2500nm，脈寬為I 50ns，重復(fù)頻率為IHz 5kHz ο所述耦合液為水，并用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使水溫與被測(cè)樣品的溫度一致，即通過定時(shí)測(cè)量水溫，并及時(shí)使水溫與被測(cè)樣品的溫度保持一致。本發(fā)明的作用原理是本發(fā)明的裝置包括光聲激發(fā)光源、聲光共焦光聲探測(cè)器、光電二極管、微型X-Y 二維振鏡、平場(chǎng)顯微物鏡、分光鏡、透鏡、樣品臺(tái)、雙通道并行采集卡、帶有采集和控制軟件的計(jì)算機(jī)。光聲激發(fā)光源產(chǎn)生脈沖激光，經(jīng)過膠合透鏡組聚焦之后照射到樣品表面，樣品所產(chǎn)生的光聲信號(hào)被聲光共焦光聲探測(cè)器接收；通過分光鏡分出的激光束由光電二極管接收光能信號(hào)，二者接收的信號(hào)被雙通道信號(hào)采集卡同時(shí)采集，傳輸?shù)綆в胁杉刂栖浖陀?jì)算軟件的計(jì)算機(jī)做后處理；本發(fā)明采用聲光共焦原理，由于激發(fā)源在膠合透鏡組的焦點(diǎn)處的激發(fā)點(diǎn)最小，而中空聚焦超聲換能器在其焦點(diǎn)處的靈敏度及分辨率是最高的，它們共焦點(diǎn)就能保證系統(tǒng)處于一個(gè)最優(yōu)的分辨率狀態(tài)下對(duì)生物組織成像；并且光聲信號(hào)和激光能量信號(hào)同時(shí)采集，適用于待測(cè)樣品的光聲高分辨，高對(duì)比度成像。而將高重復(fù)頻率微片激光器，微型X-Y 二維振鏡，光電二極管以共軸光學(xué)原理結(jié)構(gòu)固定在一個(gè)可移動(dòng)的暗箱之中，實(shí)現(xiàn)該顯微成像儀的快速成像和便攜性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明將微片激光器，微型X-Y 二維振鏡，激光能量監(jiān)測(cè)元件光電二極管集成在暗箱中，形成一整合的便攜式光聲顯微成像儀。(2)本發(fā)明使用光電二極管來(lái)監(jiān)測(cè)激光能量，能實(shí)時(shí)補(bǔ)償光聲信號(hào)，使得圖像的均勻性及對(duì)比度進(jìn)一步提高。(3)本發(fā)明中的中空超聲聚焦換能器的焦點(diǎn)與膠合透鏡聚焦光斑重合，即共焦，能夠?qū)崿F(xiàn)光聲共焦成像，進(jìn)而得到高分辨率的光聲圖像。(4)本發(fā)明的裝置成像的最小分辨率可達(dá)5 μ m。(5)本發(fā)明整合了高重復(fù)頻率光聲激發(fā)源，光束掃描系統(tǒng)及激光能量檢測(cè)系統(tǒng)形成一組件，可移動(dòng)性能好，使用條件寬松，便于在臨床上得到應(yīng)用。(6)本發(fā)明裝置系統(tǒng)體積小，重量輕，工作穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，使用方便，造價(jià)低，能源消耗量小；對(duì)于實(shí)現(xiàn)光聲技術(shù)的臨床化有巨大的推動(dòng)作用。


圖I是實(shí)施例I的一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1-1為由光聲激發(fā)源和微型X-Y 二維振鏡組成的掃描頭，1-2為帶有雙通道并行采集卡和控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，1-3為聲光共焦光聲探測(cè)器，1-4為耦合槽，1-5為樣品臺(tái)，1-6為儀器固定/支撐器械。圖2是暗箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中，2-1為微型X-Y 二維振鏡，2-2為微片激光器，2-3為光電二極管,2-4為分光鏡,2-5為透鏡,2-6為微型針孔,2-7為透鏡,2-8為透鏡。
圖3是聲光共焦光聲探測(cè)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中3-1為膠合透鏡，3-2為中空聚焦超聲換能器。圖4為實(shí)施例2中小白鼠耳朵微血管光聲顯微圖像。圖5為實(shí)施例3中小白鼠背部微血管光聲顯微二維及三維圖像。其中，a為小白鼠背部微血管光聲顯微二維圖像；b、c為不同角度的小白鼠背部微血管光聲顯微三維圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例與附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的敘述，但本發(fā)明的實(shí)施方法靈活，不僅僅限于此例所述的具體操作方式。實(shí)施例I—體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。該光聲顯微成像裝置包括掃描頭1-1，帶有雙通道并行采集卡(型號(hào)為NI5224， National Instrument, USA生產(chǎn))和采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)(用Labview軟件自行編寫) 的計(jì)算機(jī)1-2，聲光共焦光聲探測(cè)器1-3，耦合槽1-4，樣品臺(tái)1-5，儀器固定/支撐器械1-6。 耦合槽1-4，樣品臺(tái)1-5為一整體，可以根據(jù)需要上下調(diào)節(jié)高度。其中，掃描頭1-1由光聲激發(fā)源和微型X-Y 二維振鏡(型號(hào)為6231H, Cambridge Technology生產(chǎn))2-1組成；而微片激光器2-2 (型號(hào)為HLX-I-F005，為Horus Laser公司的HLX-G系列)，透鏡2-5，微型針孔2-6，透鏡2_7組成光聲激發(fā)源。分光鏡2_4，透鏡2_8 及光電二極管(型號(hào)為0SD5-0, OSIOptoelectronics生產(chǎn))2-3組成光能反饋組件。聲光共焦光聲探測(cè)器包括以下部件膠合透鏡3-1 (為4X，數(shù)值孔徑為0. I的膠合透鏡)，中空聚焦超聲換能器 3-2 (型號(hào)為 10C14-8-R, Doppler Electronic Technologies 生產(chǎn))，中空聚焦超聲換能器的焦點(diǎn)與膠合透鏡聚焦光斑重合，即共焦點(diǎn)，聲光共焦光聲探測(cè)器的焦點(diǎn)即為中空超聲聚焦換能器的焦點(diǎn)，也為膠合透鏡的焦點(diǎn)，其剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。微型X-Y 二維振鏡2-1,微片激光器2-2,光電二極管2_3，分光鏡2_4，透鏡2_5， 微型針孔2-6，透鏡2-7，透鏡2-8整合在一起置入暗箱中，暗箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示；同時(shí)，聲光共焦光聲探測(cè)器1-3與暗箱通過大小為M20X0. 7的標(biāo)準(zhǔn)顯微物鏡精密螺紋機(jī)械接口連接。帶有雙通道并行采集卡和采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)1-2，微片激光器 2-2，微型X-Y 二維振鏡2-1，光電二極管2-3，聲光共焦光聲探測(cè)器1-3依次電氣連接。微片激光器2-2發(fā)出的脈沖激光由分光鏡2-4分光，一束經(jīng)由微型X-Y 二維振鏡 2-1，然后經(jīng)過聲光共焦光聲探測(cè)器1-3中的膠合透鏡聚焦后照射在樣品上，即聚焦后的聚焦光斑落在樣品上，產(chǎn)生的光聲信號(hào)由聲光共焦光聲探測(cè)器1-3接收，另一束通過透鏡2-8 聚焦后光信號(hào)被光電二極管2-3接收，產(chǎn)生電信號(hào)，聲光共焦光聲探測(cè)器接收的光聲信號(hào)和光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)被帶有雙通道并行采集卡和采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)1-2米集。實(shí)施例2應(yīng)用實(shí)施例I的顯微成像裝置實(shí)現(xiàn)在體光聲顯微成像的方法(I)將一只兩周大的昆明小白鼠注射0. 5mL的2%戊巴比妥鈉溶液，待小鼠麻醉后用人用脫毛膏將小鼠右耳表面的毛發(fā)除去，然后將小鼠置于樣品臺(tái)上并將其固定好。在耦合槽內(nèi)加入37°C的溫水作為耦合液，并用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使水溫與被測(cè)樣品的溫度一致， 即通過定時(shí)測(cè)量水溫，并及時(shí)使水溫與被測(cè)樣品的溫度保持一致。將聲光共焦光聲探測(cè)器中的中空聚焦超聲換能器下端進(jìn)入稱合液的深度為IOmm,把樣品臺(tái)調(diào)節(jié)至適當(dāng)高度，使聲光共焦光聲探測(cè)器的焦點(diǎn)落在樣品表面上。(2)啟動(dòng)微片激光器，輸出脈沖激光波長(zhǎng)為532nm，脈寬為1ns，重復(fù)頻率是5kHz ； 該脈沖激光通過透鏡和針孔后到達(dá)光能反饋組件中的分光鏡，脈沖激光經(jīng)分光鏡分束，一束經(jīng)由微型X-Y振鏡后經(jīng)過聲光共焦光聲探測(cè)器中的膠合透鏡聚焦后照射在小白鼠除去了毛發(fā)的耳朵上，即聚焦后的聚焦光斑落在小白鼠除去了毛發(fā)的耳朵上，激發(fā)出光聲信號(hào)， 光聲信號(hào)經(jīng)過耦合槽中的耦合液后被聲光共焦光聲探測(cè)器(其中的中空超聲聚焦換能器主頻為15MHz)接收；另一束經(jīng)過光能反饋組件中的透鏡聚焦后的光能量信號(hào)用光電二極管接收，產(chǎn)生電信號(hào)；(3)聲光共焦光聲探測(cè)器接收到光聲信號(hào)后，經(jīng)雙通道并行采集卡通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)傳輸并儲(chǔ)存到帶有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中； 光電二極管接收到光信號(hào)后，產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)雙通道并行采集卡通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)傳輸并儲(chǔ)存到帶有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中；改變微型 X-Y振鏡x、Y軸的各自偏角使脈沖激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的在樣品上形成掃描區(qū)域，振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，雙通道采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；(4)采集完全部信號(hào)后，對(duì)采集的兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)先歸一化，然后用最大值投影法重建光聲圖像，得到如圖4所示的小白鼠耳朵的光聲顯微圖像。實(shí)施例3利用實(shí)施例I的顯微成像裝置進(jìn)行在體光聲顯微二維及三維成像的方法(I)將一只兩周大的昆明小白鼠注射O. 5mL的2%戊巴比妥鈉溶液，待小鼠麻醉后用人用脫毛膏將小鼠背部表面的毛發(fā)除去，然后將小鼠置于樣品臺(tái)上并將其固定好。在耦合槽內(nèi)加入37°C的溫水作為耦合液，并用溫度計(jì)監(jiān)測(cè)水溫，使水溫與被測(cè)樣品的溫度一致， 即通過定時(shí)測(cè)量水溫，并及時(shí)使水溫與被測(cè)樣品的溫度保持一致。把樣品臺(tái)調(diào)節(jié)至適當(dāng)高度，使聲光共焦光聲探測(cè)器中的中空聚焦超聲換能器下端進(jìn)入耦合液的深度為10_。(2)啟動(dòng)微片激光器，輸出脈沖激光波長(zhǎng)為532nm，脈寬為1ns，重復(fù)頻率是5kHz ； 該脈沖激光通過透鏡和針孔后到達(dá)光能反饋組件中的分光鏡，脈沖激光經(jīng)分光鏡分束，一束經(jīng)由微型X-Y振鏡后經(jīng)過聲光共焦光聲探測(cè)器中的膠合透鏡聚焦后照射在小白鼠除去了毛發(fā)的耳朵上，激發(fā)出光聲信號(hào)，光聲信號(hào)經(jīng)過耦合槽中的耦合液后被聲光共焦光聲探測(cè)器(中空聚焦超聲換能器主頻為15MHz)接收；另一束經(jīng)過光能反饋組件中的透鏡聚焦后的光能量信號(hào)用光電二極管接收，產(chǎn)生電信號(hào)；(3)聲光共焦光聲探測(cè)器接收到光聲信號(hào)后，經(jīng)雙通道并行采集卡通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)傳輸并儲(chǔ)存到帶有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中； 光電二極管接收到光信號(hào)后，產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)雙通道并行采集卡通過同軸數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)傳輸并儲(chǔ)存到帶有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中；改變微型 X-Y振鏡x、Y軸的各自偏角使脈沖激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的在樣品上形成掃描區(qū)域，振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，雙通道并行采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集；
(4)對(duì)采集的兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)先歸一化，然后用最大值投影法重建光聲二維圖像， 圖5中a為小白鼠背部微血管光聲顯微二維圖像；對(duì)所有的光聲信號(hào)取相同長(zhǎng)度并作縱切面投影，再將投影后得到的光聲圖像在VolView3. 2軟件上重建三維圖像，圖5中b、c為不同角度(見圖中所示坐標(biāo))的小白鼠背部微血管光聲顯微三維圖像。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像裝置，其特征在于該成像裝置包括掃描頭組件、聲光共焦組件、光能反饋組件、信號(hào)采集/傳輸/重建組件及儀器固定/支撐器械組件；其中，所述掃描頭組件包括光聲激發(fā)源和微型X-Y 二維振鏡；所述聲光共焦組件，即為聲光共焦光聲探測(cè)器，包括膠合透鏡與中空聚焦超聲換能器， 膠合透鏡內(nèi)嵌在中空聚焦超聲換能器中，生產(chǎn)為一整體，兩者嚴(yán)格共軸并共焦點(diǎn)，即膠合透鏡的焦點(diǎn)與中空聚焦超聲換能器的焦點(diǎn)重合；所述光能反饋組件包括分光鏡、透鏡及光電二極管；以上所述光聲激發(fā)源、二維掃描振鏡與分光鏡、透鏡以及光電二極管以嚴(yán)格共軸的結(jié)構(gòu)固定在可移動(dòng)的暗箱中，該暗箱與聲光共焦光聲探測(cè)器通過精密機(jī)械接口結(jié)合為一整體；所述信號(hào)采集/傳輸/重建組件是由雙通道并行采集卡、同軸電纜、安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)依次相連組成；儀器固定/支撐器械組件支撐掃描頭組件及光能反饋組件，并使其與聲光共焦組件相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述掃描頭組件中的光聲激發(fā)源包括透鏡、針孔和微片激光器；所述微片激光器采用高重復(fù)頻率短脈沖微片激光器，型號(hào)為 HLX-I-F005，微片激光器大小為80 X 90 X 104mm3，重復(fù)頻率為IHz 5kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述中空聚焦超聲換能器主頻為I 75MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述精密機(jī)械接口為大小為M20X0.7的精密螺紋機(jī)械接口 ；所述雙通道并行采集卡的型號(hào)為NI 5224 ;所述采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)是用Labview和Matlab自行編寫的。
5.一種利用權(quán)利要求I所述的裝置進(jìn)行成像的方法，其特征在于包括以下操作步驟(1)將聲光共焦光聲探測(cè)器安裝在光聲激發(fā)源和微型X-Y二維振鏡的掃描頭組件上， 使聲光共焦光聲探測(cè)器中的中空聚焦超聲換能器下端進(jìn)入耦合液的深度為5 10_，盛放耦合液的耦合槽置于樣品的正上方，并使聲光共焦光聲探測(cè)器的焦點(diǎn)不偏離樣品表面；(2)光聲激發(fā)源發(fā)出脈沖激光，該脈沖激光通過透鏡和針孔后到達(dá)光能反饋組件中的分光鏡，脈沖激光經(jīng)分光鏡分束，一束通過微型X-Y 二維振鏡后經(jīng)過聲光共焦光聲探測(cè)器中的膠合透鏡組聚焦，照在樣品上，激發(fā)出光聲信號(hào)，光聲信號(hào)經(jīng)過耦合槽中的耦合液后被聲光共焦光聲探測(cè)器接收；另一束經(jīng)過光能反饋組件中的透鏡聚焦后的光能量信號(hào)用光電二極管接收，產(chǎn)生電信號(hào)；(3)聲光共焦光聲探測(cè)器接收的光聲信號(hào)和光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào)被雙通道并行采集卡同時(shí)采集并將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行光聲信號(hào)的實(shí)時(shí)能量校正，對(duì)每個(gè)光聲信號(hào)及電信號(hào)做歸一化處理，并進(jìn)行圖像重建；改變微型X-Y 二維振鏡X、Y軸的各自偏角使脈沖激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的在樣品上形成掃描區(qū)域，振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，雙通道采集卡就進(jìn)行一次數(shù)據(jù)米集；(4)采集完全部信號(hào)后，通過最大值投影的方法重建出組織樣品的光聲顯微二維圖像及三維圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述三維圖像的建立方法是對(duì)所有的光聲信號(hào)取相同長(zhǎng)度并作縱切面投影，再將投影后得到的光聲圖像在三維重建軟件 volview3. 2上重建三維圖像，在三維重建軟件中旋轉(zhuǎn)整個(gè)三維圖像得到任意視角的三維圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述光聲激發(fā)光源激發(fā)的脈沖激光波長(zhǎng)為400 2500nm，脈寬為I 50ns，重復(fù)頻率為IHz 5kHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述耦合液為水，并監(jiān)測(cè)水溫，使水溫與被測(cè)樣品的溫度保持一致。
全文摘要
本發(fā)明屬于顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，公開一種一體化整合的便攜式共焦光聲顯微成像方法及裝置。該成像裝置包括光聲激發(fā)光源、聲光共焦光聲探測(cè)器、光電二極管、微型X-Y二維振鏡、分光鏡、透鏡、樣品臺(tái)、雙通道并行采集卡、帶有采集控制軟件和二維振鏡控制軟件的計(jì)算機(jī)。該方法包括由光聲激發(fā)源發(fā)出的激光經(jīng)由微型X-Y二維振鏡變換方向后，通過膠合透鏡聚焦，照射在樣品上激發(fā)出光聲信號(hào)，光聲信號(hào)被聲光共焦光聲探測(cè)器接收，二維振鏡不斷改變光束的入射角度從而掃描樣品，最后通過最大值投影算法重建出光聲圖像。本發(fā)明采用微片激光器與微型X-Y二維振鏡整合成便攜式的共焦光聲顯微成像裝置，可移動(dòng)性能良好，并且成像速度快、分辨率高、對(duì)比度高。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102579080SQ201210059108
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者楊思華, 袁毅, 邢達(dá), 陳重江 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)