一種光聲顯微鏡系統技術方案

本申請公開了一種光聲顯微鏡系統，激光光源用于發射脈沖激光并經偏振片后形成線偏振光，經過整形光路準直擴束后，入射在空間光調制器表面，經調制后的脈沖光照射組織，位于組織另一端的光聲信號接收裝置接收光聲信號，將聲信號轉換為電信號，數據采集與處理裝置采集所述電信號并保存數據，通過三維重建得到組織的三維圖像及橫截面圖像。本申請的具體實施方式中，由于光路中引入空間光調制器，可以顯著增加光學焦深，從而實現大焦深、高分辨率光聲成像。本申請無需利用軸棱鏡產生貝塞爾光束，解決了軸棱鏡光通量損失的問題，無需兩次短間隔的激光照射來消除貝塞爾光束旁瓣帶來的影響，簡化了實驗裝置的設計和部件成本，同時也避免了高能量熱弛豫效應照射對生物組織的傷害。

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及光聲成像領域，尤其涉及一種光聲顯微鏡系統。
技術介紹
基于光吸收特性的光聲成像有機融合了光激發和聲探測兩種手段。生物組織中的色素物質吸收脈沖激光后轉化為熱能，由于瞬時熱彈性效應，向外釋放寬帶超聲波（即光聲信號），通過探測光聲信號即可測量組織的光吸收特性。近年來迅速發展的光學分辨率光聲顯微鏡將橫向分辨率提升至微米量級，能夠在體高精度的成像血液微循環系統，包括各級主血管、毛細血管、甚至單個紅血球細胞。通過光聲信號的渡越時間解析色素物質所處的深度位置，光學分辨率光聲顯微鏡僅需對樣品進行二維平面掃描，即可獲得組織的三維微觀結構圖像。然而，傳統光學分辨率光聲顯微鏡采用高斯型光束，受瑞利長度的限制，光學聚焦深度較小。普通的光學分辨率光聲顯微鏡使用數值孔徑為0.1的物鏡聚焦激發光束，可實現約為6微米的橫向分辨率，然而保持這一分辨率的焦深僅為100微米左右。當成像區域超出該深度范圍，系統的橫向分辨率將迅速降低。現有的光學分辨率光聲顯微鏡采用物鏡實現激發光束的聚焦，由此產生的高斯光束具有較短的焦深，導致成像分辨率僅在較小的深度區域內保持一致（一般小于100微米）。盡管錐棱鏡產生的貝塞爾光束具有較大的焦深，但是光束旁瓣嚴重影響了分辨率和圖像質量。通過短時間間隔的連續光激發產生的熱弛豫效應，能夠在一定程度上減弱貝塞爾光束旁瓣的影響。但是，該方法中無效的光束旁瓣將損失大量光能量，并且多次激光輻照大幅延長了成像時間，同時會引起組織的光損傷。此外，短間隔激發光的產生通常需要兩臺激光器，增加了成像系統的復雜度和成本。
技術實現思路
本申請要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種光聲顯微鏡系統。本申請要解決的技術問題通過以下技術方案加以解決：一種光聲顯微鏡系統，包括激光光源、偏振片、整形光路、光聲信號接收裝置、以及數據采集與處理裝置，還包括空間光調制器，所述激光光源用于發射脈沖激光并經所述偏振片后形成線偏振光，經過所述整形光路準直擴束后，入射在所述空間光調制器表面，經調制后的脈沖光照射組織，位于組織另一端的光聲信號接收裝置接收光聲信號，將所述聲信號轉換為電信號，所述數據采集與處理裝置采集所述電信號并保存數據，通過三維重建得到組織的三維圖像及橫截面圖像。所述數據采集與處理裝置包括控制器和數據采集卡，所述控制器控制所述數據采集卡以所述激光光源輸出的電脈沖信號作為同步信號對所述電信號進行數據采集。所述控制器集成在PC機或是圖形工作站上，所述數據采集卡集成在PC機或是圖形工作站上。所述控制器為獨立器件，所述數據采集卡集成在PC機或是圖形工作站上。還包括三維位移裝置，所述三維位移裝置使得光束對組織進行二維平面掃描，以獲得三維圖像堆棧所需要的二維數據。所述空間光調制器包括相位型空間光調制器。所述光聲信號接收裝置包括超聲探頭。還包括用于放大所述電信號的信號放大器。形成所述整形光路的器件包括第一準直擴束裝置、反射鏡、第二準直擴束裝置和聚焦透鏡，所述線偏振光經過所述第一準直擴束裝置準直擴束后，照射到所述反射鏡上，經所述反射鏡反射至所述空間光調制器，再經過所述第二準直擴束裝置進行準直擴束后，通過所述聚焦透鏡照射到組織上。形成所述整形光路的器件還包括第三準直擴束裝置，照射到所述反射鏡上的光經過所述第三準直擴束裝置進行準直擴束后再入射至所述空間光調制器表面。由于采用了以上技術方案，使本申請具備的有益效果在于：在本申請的具體實施方式中，由于光路中引入空間光調制器，對聚焦光束的波前進行調制，相當于在聚焦透鏡的主平面上加了一層光學掩膜，系統達到了較高的通光率，充分的利用了光能量，有效地提高了信噪比，可以顯著增加光學焦深，從而實現大焦深、高分辨率光聲成像。本申請無需利用軸棱鏡產生貝塞爾光束，從而解決了軸棱鏡光通量損失的問題，同時本申請也無需短間隔連續光激發，簡化了實驗裝置的設計和部件成本，同時也避免了高能量熱弛豫效應照射對生物組織的傷害。附圖說明圖1(a)是未經調制的二元光學圖像；圖1(b)是經過空間光調制器調制后的二元光學圖像；圖2(a)是未經過調制的光束焦點的截面圖；圖2(b)是經過空間光調制器調制后的光束焦點的截面圖；圖3為本申請系統在一種實施方式中的結構示意圖；圖4為本申請系統在另一種實施方式中的結構示意圖。具體實施方式下面通過具體實施方式結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。本申請利用液晶空間光調制器調制入射光束波前，進而顯著提升成像焦深的光學分辨率光聲顯微鏡。液晶空間光調制器是實現光束波前整形的核心部件，將如圖1(b)所示的二元圖像加載到液晶空間光調制器上，引起液晶分子光學性質的變化，使入射至空間光調制器表面的光束波前發生相應變化。在系統光路中，光聲激發光束入射至空間光調制器表面，加載于空間光調制器的特定光模式（如圖1(b)將會影響該光束的波前分布，經顯微物鏡聚焦后，形成如圖2(b)所示的光空間分布。圖2(a)圖是加載圖1(a)后光束焦點的y-z截面圖，瑞利長度非常短；圖2(b)圖是加載圖1（b）后光束焦點的y-z截面圖，可以顯著觀察到瑞利長度的拉伸，在大幅提升縱向長度的同時，沒有損失光束的橫向尺寸。顯然，與未經調制的光學聚焦相比（如圖1(a)和圖2(a)所示），這一方案提高了入射激發光束的焦深，使光聲成像橫向分辨率在更大深度范圍內保持一致，有利于改善成像質量。如圖3、圖4所示，本申請的光聲顯微鏡系統，其一種實施方式，包括激光光源100、偏振片200、整形光路300、光聲信號接收裝置400、數據采集與處理裝置500和空間光調制器600。激光光源100用于發射脈沖激光并經偏振片200后形成線偏振光，經過整形光路300準直擴束后，入射在空間光調制器600表面，經調制后的脈沖光照射組織，位于組織另一端的光聲信號接收裝置400接收光聲信號，將聲信號轉換為電信號，數據采集與處理裝置500采集電信號并保存數據，通過三維重建得到組織的三維圖像及橫截面圖像。 在一種實施方式中，本申請的空間光調制器包括相位型空間光調制器。光聲信號接收裝置400可以包括超聲探頭。數據采集與處理裝置包括控制器和數據采集卡，控制器控制數據采集卡以激光光源輸出的電脈沖信號作為同步信號對電信號進行數據采集。在一種實施方式中，控制器可以集成在PC機或是圖形工作站上，數據采集卡集成在PC機或是圖形工作站上。在另一種實施方式中，控制器為獨立器件，數據采集卡可以集成在PC機或是圖形工作站上。本申請的光聲顯微鏡系統，還可以包括三維位移裝置700，三維位移裝置700使得光束對組織進行二維平面掃描，以獲得三維圖像堆棧所需要的二維數據。在一種實施方式中，本申請的光聲顯微鏡系統，還可以包括信號放大器800，信號放大器800用于放大光聲信號接收裝置400轉換的電信號。形成整形光路300的器件包括第一準直擴束裝置310、反射鏡320、第二準直擴束裝置330和聚焦透鏡340。線偏振光經過第一準直擴束裝置310準直擴束后，照射到反射鏡320上，經反射鏡320反射至所述空間光調制器，再經過第二準直擴束裝置330進行準直擴束后，通過聚焦透鏡340照射到組織上。準直擴束裝置一般包括聚焦透鏡和準直透鏡，聚焦透鏡用于聚焦光束，準直透鏡用于將出射的光擴束準直。在一種實施方式中，形成整形光路300的器件還可以包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光聲顯微鏡系統，包括激光光源、偏振片、整形光路、光聲信號接收裝置、以及數據采集與處理裝置，其特征在于，還包括空間光調制器，所述激光光源用于發射脈沖激光并經所述偏振片后形成線偏振光，經過所述整形光路準直擴束后，入射在所述空間光調制器表面，經調制后的脈沖光照射組織，位于組織另一端的光聲信號接收裝置接收光聲信號，將所述聲信號轉換為電信號，所述數據采集與處理裝置采集所述電信號并保存數據，通過三維重建得到組織的三維圖像及橫截面圖像。

【技術特征摘要】
1.一種光聲顯微鏡系統，包括激光光源、偏振片、整形光路、光聲信號接收裝置、以及數據采集與處理裝置，其特征在于，還包括空間光調制器，所述激光光源用于發射脈沖激光并經所述偏振片后形成線偏振光，經過所述整形光路準直擴束后，入射在所述空間光調制器表面，經調制后的脈沖光照射組織，位于組織另一端的光聲信號接收裝置接收光聲信號，將所述聲信號轉換為電信號，所述數據采集與處理裝置采集所述電信號并保存數據，通過三維重建得到組織的三維圖像及橫截面圖像。2.如權利要求1所述的光聲顯微鏡系統，其特征在于，所述數據采集與處理裝置包括控制器和數據采集卡，所述控制器控制所述數據采集卡以所述激光光源輸出的電脈沖信號作為同步信號對所述電信號進行數據采集。3.如權利要求2所述的光聲顯微鏡系統，其特征在于，所述控制器集成在PC機或是圖形工作站上，所述數據采集卡集成在PC機或是圖形工作站上。4.如權利要求2所述的光聲顯微鏡系統，其特征在于，所述控制器為獨立器件，所述數據采集卡集成在PC機或是圖形工作站上。5.如權利要求1所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳玉立，宋偉，高玉峰，宋亮，方暉，
申請(專利權)人：中國科學院深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：廣東;44