專利名稱：寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光聲成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置及其檢測(cè)方法。
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(guò)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(huà)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)、生理和病理特征、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
旦
-5^ O傳統(tǒng)的光聲信號(hào)檢測(cè)工具一般都是超聲換能器，而光聲信號(hào)具有很寬的頻帶，但是傳統(tǒng)超聲換能器受到材料限制，一般頻帶都較窄。寬頻的光聲信號(hào)與頻帶較窄的探測(cè)器形成了一對(duì)矛盾，正式基于這對(duì)不可調(diào)和的矛盾，于是無(wú)超聲換能器頻帶限制的全光學(xué)檢測(cè)光聲信號(hào)的方法應(yīng)運(yùn)而生。這種顛覆傳統(tǒng)的光聲信號(hào)檢測(cè)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠檢測(cè)寬頻的光聲信號(hào)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)光聲信號(hào)的原位檢測(cè)，并具有適合任何部位的光聲檢測(cè)。熒光檢測(cè)是普遍用在生物學(xué)上的一種檢測(cè)方法，其利用生物組織自身熒光或者介入熒光染料來(lái)檢測(cè)生物組織的某些特征。其具有光學(xué)高分辨率的特性，在臨床和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中有普遍應(yīng)用。由于光學(xué)穿透深度的限制，熒光成像深度有限，而光聲成像技術(shù)可以達(dá)到超聲成像的成像深度，因此把兩種成像方法綜合起來(lái)是可以實(shí)現(xiàn)兩種成像方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有助于臨床診斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供運(yùn)用上述寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，包括光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件、熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件；光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件分別與光聲信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，光聲信號(hào)檢測(cè)組件分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接；所述的光聲激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件和光聲信號(hào)米集/處理組件依次電氣連接；所述的光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件包括依次連接的光聲/熒光激發(fā)光源、二向色鏡A、分束鏡和光聲信號(hào)檢測(cè)光源；分束鏡與光聲信號(hào)檢測(cè)組件連接，光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源分別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接；光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件的主要作用是激發(fā)光聲信號(hào)、熒光信號(hào)和光聲信號(hào)檢測(cè)光源；所述的光聲/突光激發(fā)光源、光聲信號(hào)檢測(cè)光源和二向色鏡A嚴(yán)格光學(xué)同軸；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里-珀羅干涉儀、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、光電倍增管A、偏振分束器C、聚焦透鏡和光電倍增管B，共焦法布里-珀羅干涉儀和偏振分束器C連接，光電倍增管A、光電倍增管B和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，偏振分束器B與所述的分束鏡連接；光聲信號(hào)檢測(cè)組件的主要功能是檢測(cè)光聲信號(hào)；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件設(shè)置有與偏振分束器A連接的二維掃描振鏡，二維掃描振鏡分別與所述的二向色鏡A、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接；二維掃描振鏡的主要功能是掃描光聲激發(fā)光；所述的平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、偏振分束器C、共焦法布里-珀羅干涉儀、聚焦透鏡、光電倍增管A、光電倍增管B和二維掃描振鏡嚴(yán)格光學(xué)同軸；優(yōu)選的，所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件在平場(chǎng)物鏡和偏振分束器A之間設(shè)置1/4波片，平場(chǎng)物鏡和1/4波片分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件連接；1/4波片的主要作用是使光束的偏轉(zhuǎn)方向改變31 /2,保證后向散射的信號(hào)光全部通過(guò)偏振分束器A、偏振分束器B和偏振分束器C，最后全部聚焦到光電倍增管B上；所述的熒光信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的二向色鏡B、濾色片、聚焦透鏡和光電倍增管C ;二向色鏡B設(shè)置于平場(chǎng)物鏡和1/4波片之間；熒光信號(hào)檢測(cè)組件的主要功能是檢測(cè)突光信號(hào)；所述的光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件包括同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)，采集卡與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；采集卡通過(guò)同軸電纜分別與所述的光電倍增管A、光電倍增管B、光電倍增管C、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、二維掃描振鏡連接；所述的計(jì)算機(jī)安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)；所述的采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)優(yōu)選采用Labview和Matlab自行編寫(xiě)的采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)；所述的共焦法布里珀羅干涉儀、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、光電倍增管A、光電倍增管B和計(jì)算機(jī)組成一個(gè)閉合伺服系統(tǒng)；所述的閉合伺服系統(tǒng)是指從分束鏡出來(lái)的一束光經(jīng)偏振分束器B全反，透過(guò)共焦法布里-珀羅干涉儀在經(jīng)過(guò)偏振分束器C全反至光電倍增管B，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過(guò)采集卡采集到數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，然后反饋至壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器以控制共焦法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)來(lái)穩(wěn)定工作點(diǎn)；計(jì)算機(jī)、光電倍增管A、光電倍增管B、光電倍增管C、光聲/熒光激發(fā)光源、光聲信號(hào)檢測(cè)光源和二維掃描振鏡依次電氣連接；
所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置設(shè)置有與平場(chǎng)物鏡連接的樣品臺(tái)；運(yùn)用上述寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟(I)將光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件置于樣品表面的正上方，并使光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件處于鉛直方向；(2)使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光通過(guò)二向色鏡A合為一束光后依次經(jīng)過(guò)二維掃描振鏡、偏振分束器和平場(chǎng)物鏡照射到樣品表面，使得光聲信號(hào)檢測(cè)光聚焦于樣品的表面；(3)使光聲激發(fā)光照射到樣品上,樣品吸收光能以后產(chǎn)生光聲信號(hào),光聲信號(hào)引起樣品表面的振動(dòng)，樣品表面的振動(dòng)引起光聲信號(hào)檢測(cè)光產(chǎn)生多普勒頻移，通過(guò)檢測(cè)多普勒頻移來(lái)達(dá)到檢測(cè)光聲信號(hào)的目的；(4)使樣品表面的后向散射光和反射光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里珀羅干涉儀、偏振分束器C和聚焦透鏡后照射在光電倍增管B上，檢測(cè)光強(qiáng)的變化，即為光聲信號(hào)；而由光聲激發(fā)光激發(fā)的熒光依次通過(guò)二向色鏡、濾色片和聚焦透鏡后被光電倍增管C接收，即為熒光信號(hào)；改變二維掃描振鏡X、Y軸的各自偏角使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，重新進(jìn)行光聲和突光雙成像，二維掃描振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，米集卡就進(jìn)行一次光聲/熒光信號(hào)采集；(5)采集完全部信號(hào)后，通過(guò)最大值投影的方法重建出組織樣品的光聲和熒光二維圖像及三維圖像；所述的光聲/熒光激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)優(yōu)選為400 2500nm，脈寬優(yōu)選為I 50ns，重復(fù)頻率優(yōu)選為IHz 50kHz ；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)光源的波長(zhǎng)優(yōu)選為300 800nm，線寬優(yōu)選為I 20MHz。更優(yōu)選的，所述的光聲/熒光激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)為532nm，脈寬為10ns，重復(fù)頻率為20Hz ;所述的光聲信號(hào)檢測(cè)光源的波長(zhǎng)為632. 8nm，線寬為10MHz。 從光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源發(fā)出的激光通過(guò)二向色鏡A合成一束光并依次經(jīng)過(guò)二維掃描振鏡、偏振分束器A、l/4波片、平場(chǎng)物鏡后聚焦到樣品上，后向散射的光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡、二向色鏡B、l/4波片、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里珀羅干涉儀、偏振分束器C和聚焦透鏡后被光電倍增管B接收，光電倍增管B將接收到光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)即為光聲信號(hào)；激發(fā)的熒光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡、二向色鏡B、濾色片和聚焦透鏡后被光電倍增管C接收，即為熒光信號(hào)。本發(fā)明的發(fā)明原理是本發(fā)明利用脈沖激光照射生物樣品而產(chǎn)生光聲信號(hào)，然后再用較窄線寬的連續(xù)激光聚焦在生物組織表面，由于生物樣品表面的振動(dòng)會(huì)引起光聲信號(hào)檢測(cè)光產(chǎn)生多普勒頻移，而產(chǎn)生多普勒頻移的樣品表面的后向散射光和反射光經(jīng)過(guò)共焦法布里珀羅干涉儀后光強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)的變化來(lái)反映光聲信號(hào)的大小。而熒光信號(hào)由脈沖激光激發(fā)，用光電倍增管接收熒光信號(hào)，把光聲和熒光兩種成像模式通過(guò)一定的光學(xué)結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了光聲/熒光雙成像的一體化。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)本發(fā)明利用脈沖激光照射生物樣品產(chǎn)生光聲信號(hào)，然后用較窄線寬的連續(xù)激光聚焦在生物組織表面，由于生物樣品表面的振動(dòng)會(huì)引起光聲信號(hào)檢測(cè)光產(chǎn)生多普勒頻移，而多普勒頻移會(huì)導(dǎo)致樣品表面的后向散射光和反射光的光強(qiáng)產(chǎn)生相應(yīng)的改變，通過(guò)檢測(cè)由于光聲信號(hào)導(dǎo)致的生物組織表面的振動(dòng)的速度來(lái)達(dá)到檢測(cè)光聲信號(hào)的目的，擺脫了傳統(tǒng)的換能器的帶寬限制缺陷。(2)本發(fā)明可以在光聲信號(hào)源處進(jìn)行檢測(cè)，這樣就防止了高頻光聲信號(hào)在生物組織中的急劇衰減而不能被檢測(cè)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的非接觸式的光聲信號(hào)檢測(cè)方法擺脫了傳統(tǒng)的耦合光聲信號(hào)檢測(cè)的限制，也擺脫了傳統(tǒng)的光聲信號(hào)檢測(cè)位置的限制，可對(duì)任何部位進(jìn)行光聲檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了光聲/突光雙成像的有機(jī)結(jié)合。


圖1是實(shí)施例1的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-1為光聲信號(hào)檢測(cè)光源，1-2為光聲/熒光激發(fā)光源，1-3為分束鏡，1-4為二向色鏡A，1-5為二維掃描振鏡，2為樣品臺(tái)，3-1為平場(chǎng)物鏡，3-2為1/4波片，3-3為偏振分束器A，3-4為偏振分束器B，3-5為共焦法布里珀羅干涉儀，3-6為偏振分束器C，3-7為光電倍增管A，3_8為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、3-9為聚焦透鏡、3-10為光電倍增管B、4為二向色鏡B、5-l為濾色片、5-2為聚焦透鏡、5-3為光電倍增管C、6為光聲/突光信號(hào)米集/處理組件。圖2是實(shí)施例2的光聲二維圖像。圖3是實(shí)施例2的熒光二維圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1如圖1所示，一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，包括光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件、熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件；光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件分別與光聲信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，光聲信號(hào)檢測(cè)組件分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接；所述的光聲激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件和光聲信號(hào)米集/處理組件依次電氣連接；所述的光聲激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件包括依次連接的光聲/熒光激發(fā)光源1-2、二向色鏡A 1-4、分束鏡1-3和光聲信號(hào)檢測(cè)光源1-1 ;分束鏡1-3與光聲信號(hào)檢測(cè)組件1-1連接，光聲/熒光激發(fā)光源1-2和光聲信號(hào)檢測(cè)光源分1-4別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件6連接；所述的光聲/熒光激發(fā)光源1-2、光聲信號(hào)檢測(cè)光源1-1和二向色鏡A 1-4嚴(yán)格光學(xué)同軸；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的平場(chǎng)物鏡3-1、偏振分束器A 3-3、偏振分束器B 3-4、共焦法布里-珀羅干涉儀3-5、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器3-8、光電倍增管A 3_7、偏振分束器C 3-6、聚焦透鏡3-9和光電倍增管B 3-10，共焦法布里-珀羅干涉儀3-5和偏振分束器C 3-6連接，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器3-8和光電倍增管B3-10分別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件6連接，偏振分束器B 3-4與所述的分束鏡1-3連接；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件設(shè)置有與偏振分束器A 3-3連接的二維掃描振鏡1-5,二維掃描振鏡1-5分別與所述的二向色鏡A 1-4、光聲/突光信號(hào)米集/處理組件6連接；所述的平場(chǎng)物鏡3-1、偏振分束器A 3-3、偏振分束器B 3_4、偏振分束器C3_6、共焦法布里-珀羅干涉儀3-5、聚焦透鏡3-9、光電倍增管A 3-7、光電倍增管B 3_10和二維掃描振鏡1-5嚴(yán)格光學(xué)同軸；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件在平場(chǎng)物鏡3-1和偏振分束器A 3-3之間設(shè)置1/4波片3-2，平場(chǎng)物鏡3-1和1/4波片3-2分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件連接；所述的熒光信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的二向色鏡B 4、濾色片5-1、聚焦透鏡5-2和光電倍增管C 5-3 ;二向色鏡B 4設(shè)置于平場(chǎng)物鏡3-1和1/4波片3_2之間，光電倍增管C 5-3與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接；所述的光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件包括同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)，采集卡與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；采集卡通過(guò)同軸電纜分別與所述的光電倍增管A、光電倍增管B、光電倍增管C、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、二維掃描振鏡連接；所述的計(jì)算機(jī)安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)、光電倍增管A 3-7、光電倍增管B 3_10、光電倍增管C 5_3、光聲/熒光激發(fā)光源1-2、光聲信號(hào)檢測(cè)光源1-1和二維掃描振鏡1-5依次電氣連接；所述的共焦法布里珀羅干涉儀、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、光電倍增管A、光電倍增管B和計(jì)算機(jī)組成一個(gè)閉合伺服系統(tǒng)；閉合伺服系統(tǒng)是指從分束鏡出來(lái)的一束光經(jīng)偏振分束器B全反，透過(guò)共焦法布里-珀羅干涉儀在經(jīng)過(guò)偏振分束器C全反至光電倍增管B，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過(guò)采集卡采集到數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，然后反饋至壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器以控制共焦法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)來(lái)穩(wěn)定工作點(diǎn)；所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置設(shè)置有與平場(chǎng)物鏡3-1連接的樣品臺(tái)2 ；從光聲/熒光激發(fā)光源1-2和光聲信號(hào)檢測(cè)光源1-1發(fā)出的激光通過(guò)二向色鏡A1-4合成一束光并依次經(jīng)過(guò)二維掃描振鏡1-5、偏振分束器A 3-3、1/4波片3_2、平場(chǎng)物鏡3-1后聚焦到樣品上，后向散射的光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡3-1、二向色鏡B 4、1/4波片3-2、偏振分束器A 3-3、偏振分束器B 3-4、共焦法布里拍羅干涉儀3-5、偏振分束器C 3_6和聚焦透鏡3-9后被光電倍增管B 3-10接收，光電倍增管B將接收到光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)即為光聲信號(hào)；激發(fā)的熒光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡3-1、二向色鏡B 4、濾色片5-1和聚焦透鏡5-2后被光電倍增管C 5-3接收，即為熒光信號(hào)。實(shí)施例2運(yùn)用實(shí)施例1的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟(I)將pH值為5. 5的異硫氰酸熒光素FITC溶液滴在載玻片上，將該載玻片置于樣品臺(tái)上；(2)將光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件置于樣品表面的正上方，并使光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件處于鉛直方向；(3)使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光通過(guò)二向色鏡A合為一束光后依次經(jīng)過(guò)二維掃描振鏡、偏振分束器和平場(chǎng)物鏡照射到樣品表面，使得光聲信號(hào)檢測(cè)光聚焦于樣品的表面；(4)光聲激發(fā)光照射到樣品上,樣品吸收光能以后產(chǎn)生光聲信號(hào),光聲信號(hào)引起樣品表面的振動(dòng)，樣品表面的振動(dòng)引起光聲信號(hào)檢測(cè)光產(chǎn)生多普勒頻移，產(chǎn)生多普勒頻移的樣品表面的后向散射光和反射光經(jīng)過(guò)共焦法布里珀羅干涉儀后光強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化；(5)樣品表面的后向散射光和反射光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里珀羅干涉儀、偏振分束器C和聚焦透鏡后照射在光電倍增管B上，檢測(cè)光強(qiáng)的變化，即為光聲信號(hào)；而由光聲激發(fā)光激發(fā)的熒光依次通過(guò)二向色鏡、濾色片和聚焦透鏡后被光電倍增管C接收，即為熒光信號(hào)；改變二維掃描振鏡X、Y軸的各自偏角使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，重新進(jìn)行光聲和熒光雙成像，二維掃描振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，采集卡就進(jìn)行一次光聲/熒光信號(hào)采集；(6)采集完全部信號(hào)后，通過(guò)最大值投影的方法重建出組織樣品的光聲和熒光二維圖像及三維圖像；所得光聲和熒光圖像如圖2、圖3所示；所述的光聲/突光激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)為532nm,脈寬為IOns,重復(fù)頻率為20Hz ；所述的光聲信號(hào)檢測(cè)光源的波長(zhǎng)為632. 8nm，線寬為10MHz。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
1.一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于包括光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件、熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件；光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件分別與光聲信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，光聲信號(hào)檢測(cè)組件分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接； 所述的光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件包括依次連接的光聲/熒光激發(fā)光源、二向色鏡A、分束鏡和光聲信號(hào)檢測(cè)光源；分束鏡與光聲信號(hào)檢測(cè)組件連接,光聲/突光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源分別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接； 所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里-珀羅干涉儀、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、光電倍增管A、偏振分束器C、聚焦透鏡和光電倍增管B，共焦法布里-珀羅干涉儀和偏振分束器C連接，光電倍增管A、光電倍增管B和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器分別與光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，偏振分束器B與所述的分束鏡連接； 所述的熒光信號(hào)檢測(cè)組件包括依次連接的二向色鏡B、濾色片、聚焦透鏡和光電倍增管C ;二向色鏡B與平場(chǎng)物鏡連接； 所述的光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件包括同軸電纜、采集卡和計(jì)算機(jī)，采集卡與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接；采集卡通過(guò)同軸電纜分別與所述的光電倍增管A、光電倍增管B、光電倍增管C、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、二維掃描振鏡連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于所述的光聲激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件和光聲信號(hào)采集/處理組件依次電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件設(shè)置有與偏振分束器A連接的二維掃描振鏡，二維掃描振鏡分別與所述的二向色鏡A、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于 所述的光聲/突光激發(fā)光源、光聲信號(hào)檢測(cè)光源和二向色鏡A嚴(yán)格光學(xué)同軸； 所述的平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、偏振分束器C、共焦法布里-珀羅干涉儀、聚焦透鏡、光電倍增管A、光電倍增管B和二維掃描振鏡嚴(yán)格光學(xué)同軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于所述的共焦法布里珀羅干涉儀、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、光電倍增管A、光電倍增管B和計(jì)算機(jī)組成一個(gè)閉合伺服系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于所述的光聲信號(hào)檢測(cè)組件在平場(chǎng)物鏡和偏振分束器A之間設(shè)置1/4波片，平場(chǎng)物鏡和1/4波片分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置設(shè)置有與平場(chǎng)物鏡連接的樣品臺(tái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置，其特征在于 所述的計(jì)算機(jī)、光電倍增管A、光電倍增管B、光電倍增管C、光聲/熒光激發(fā)光源、光聲信號(hào)檢測(cè)光源和二維掃描振鏡依次電氣連接。
9.運(yùn)用權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件置于樣品表面的正上方，并使光聲信號(hào)檢測(cè)組件和熒光信號(hào)檢測(cè)組件處于鉛直方向； (2)使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光通過(guò)二向色鏡A合為一束光后依次經(jīng)過(guò)二維掃描振鏡、偏振分束器和平場(chǎng)物鏡照射到樣品表面，使得光聲信號(hào)檢測(cè)光聚焦于樣品的表面； (3)使光聲激發(fā)光照射到樣品上，樣品吸收光能以后產(chǎn)生光聲信號(hào)，光聲信號(hào)引起樣品表面的振動(dòng)，樣品表面的振動(dòng)引起光聲信號(hào)檢測(cè)光產(chǎn)生多普勒頻移，產(chǎn)生多普勒頻移的樣品表面的后向散射光和反射光經(jīng)過(guò)共焦法布里珀羅干涉儀后光強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化； (4)使樣品表面的后向散射光和反射光依次通過(guò)平場(chǎng)物鏡、偏振分束器A、偏振分束器B、共焦法布里珀羅干涉儀、偏振分束器C和聚焦透鏡后照射在光電倍增管B上，檢測(cè)光強(qiáng)的變化，即為光聲信號(hào)；而由光聲激發(fā)光激發(fā)的熒光依次通過(guò)二向色鏡、濾色片和聚焦透鏡后被光電倍增管C接收，即為熒光信號(hào)；改變二維掃描振鏡X、Y軸的各自偏角使光聲激發(fā)光和光聲信號(hào)檢測(cè)光發(fā)生偏轉(zhuǎn)，重新進(jìn)行光聲和熒光雙成像，二維掃描振鏡每偏轉(zhuǎn)一次，采集卡就進(jìn)行一次光聲/熒光信號(hào)采集； (5)采集完全部信號(hào)后，通過(guò)最大值投影的方法重建出組織樣品的光聲和熒光二維圖像及三維圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置的檢測(cè)方法，其特征在于 所述的光聲/熒光激發(fā)光源的脈沖激光波長(zhǎng)為400 2500nm，脈寬為I 50ns，重復(fù)頻率為IHz 50kHz ； 所述的光聲信號(hào)檢測(cè)光源的波長(zhǎng)為300 800nm，線寬為I 20MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬頻帶無(wú)換能器光聲和熒光雙成像裝置及其檢測(cè)方法。該裝置包括光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件、光聲信號(hào)檢測(cè)組件、熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件；光聲/熒光激發(fā)光源和光聲信號(hào)檢測(cè)光源組件分別與光聲信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，光聲信號(hào)檢測(cè)組件分別與熒光信號(hào)檢測(cè)組件、光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接，熒光信號(hào)檢測(cè)組件和光聲/熒光信號(hào)采集/處理組件連接。本發(fā)明利用脈沖激光照射生物樣品產(chǎn)生光聲信號(hào)，用較窄線寬的連續(xù)激光聚焦在樣品表面，通過(guò)檢測(cè)樣品表面的振動(dòng)速度達(dá)到檢測(cè)光聲信號(hào)的目的，擺脫了換能器的帶寬限制缺陷，實(shí)現(xiàn)了光聲/熒光雙成像的有機(jī)結(jié)合。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103018171SQ20121050475
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者邢達(dá), 陳重江, 楊思華 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)