專利名稱：雙模成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物醫學成像技術，尤其涉及一種雙模成像系統。
背景技術：
生物醫學成像領域中的光聲成像技術利用生物體組織的光學吸收特性為對比機制，可以獲得生物體的化學組分以及生理功能特性。熒光共聚焦成像技術借助熒光分子靶向對生物體組織分子的分布、結構和功能提供特異性成像。由于光聲成像技術與熒光共聚焦成像技術都具有較高的分辨率，并且在一個數量級，因此將光聲成像技術與熒光共聚焦成像技術兩者結合起來，可以獲得更多的生物體組織信息，從而進一步提高醫療診斷及治療效率。此外，實現亞微米級的橫向空間分辨率，對生物體細胞和亞細胞層面的生物活動進行在體成像具有極其重要的意義。
現有技術中的光聲一突光共聚焦成像系統為反射激光照射在樣品上激發產生的光聲信號，在物鏡與觀察樣品之間設置了直角棱鏡組等裝置，使得物鏡距離樣品的工作距離在10毫米以上，只能選擇較低數值孔徑的物鏡，因此成像系統的橫向分辨率只能達到幾個微米的量級。有的能達到亞微米量級的成像系統中卻只采用了光聲成像這一種成像技術。綜上所述，現有技術中還沒有分辨率達到亞微米量級的光聲一熒光雙模成像系統。
發明內容
本發明旨在解決上述現有技術中存在的問題，提出一種雙模成像系統。所述雙模成像系統包括激光生成裝置、激光預處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數據采集卡、熒光信號分離裝置、熒光信號處理裝置、計算機、分光鏡以及第一光電探測器。其中，所述激光生成裝置用于生成激光；所述激光預處理裝置用于對所述激光進行預處理；所述三維掃描裝置用于控制所述激光的光路，以對所述樣品進行三維掃描；所述物鏡用于對所述激光進行聚焦，所述激光經所述物鏡聚焦后照射在所述樣品上激發出光聲信號以及熒光信號，并產生反射激光；所述微型超聲換能器位于所述物鏡出射端，所述微型超聲換能器信號接收端呈平面或凹形弧面，用于接收所述光聲信號，所述微型超聲換能器用于將所述光聲信號轉換為第一電信號；所述水箱盛有水，用于耦合所述光聲信號，所述物鏡與所述微型超聲換能器均放置于所述水箱中；所述數據采集卡用于采集所述第一電信號；所述熒光信號分離裝置用于將所述熒光信號與所述反射激光進行分離；所述熒光信號處理裝置用于接收所述熒光信號，并將所述熒光信號轉換為第二電信號；所述計算機用于處理所述第一電信號，并將所述第一電信號轉化為所述樣品的光聲圖像；所述計算機還用于處理所述第二電信號，并將所述第二電信號轉化為所述樣品的熒光圖像。所述分光鏡用于將一部分所述激光反射至所述第一光電探測器；所述第一光電探測器用于將一部分所述激光轉換為第三電信號，所述計算機根據所述第三電信號監測所述激光能量的變化，從而可實時記錄所述激光的強度，以在成像計算時消除所述樣品對所述激光吸收程度的誤差。
本發明提出的雙模成像系統能在獲得光聲與突光雙模成像信息的同時，將微型超聲換能器放置于物鏡出射端，一方面減少了光學元器件的使用，節約成本，另一方面使得物鏡工作距離可調節至較小值，選擇較大數值孔徑，從而提高所述雙模成像系統的成像精度，成像后的光聲圖像與熒光圖像的分辨率一般可達到亞微米級別。
圖I是本發明一實施例的雙模成像系統；圖2是本發明一實施例的物鏡與微型超聲換能器的位置關系圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。圖I所示為本發明一實施例的雙模成像系統，用于生物體樣品成像，所述雙模成像系統包括激光生成裝置100、激光預處理裝置200、三維掃描裝置300、物鏡400、微型超聲換能器500、水箱600、數據采集卡700、熒光信號分離裝置800、熒光信號處理裝置900、計算機1000、分光鏡1100以及第一光電探測器1200。在本實施例中，所述激光生成裝置100為一可調激光光源，用于產生激光，所述激光用作所述雙模成像系統的光源。所述激光預處理裝置200用于對所述激光進行預處理。優選地，所述激光預處理裝置200包括光闌201、第一聚光透鏡202、第一針孔裝置203、第二聚光透鏡204、衰減片205以及反射鏡206，其中，所述光闌201用于控制由所述激光生成裝置100產生激光的光束寬度；所述第一聚光透鏡202用于將所述激光聚焦至所述第一針孔裝置203上；所述第一針孔裝置203用于對所述激光進行空間濾波；所述第二聚光透鏡204用于將由所述第一針孔裝置203輸出的激光準直；所述衰減片205用于對所述激光的強度進行一定程度的衰減，使得所述激光強度適合所述樣品的成像；所述反射鏡206用于反射所述激光，從而改變所述激光的光路。所述三維掃描裝置300用于控制所述激光的光路，從而對所述樣品進行三維方向上的掃描。優選地，所述三維掃描裝置300還包括高精度位移平臺，所述高精度位移平臺用于精確控制所述樣品與所述物鏡400之間的距離。所述物鏡400用于對所述三維掃描裝置300輸出的激光進行聚焦，所述激光經所述物鏡400聚焦后照射在所述樣品1500上激發出光聲信號以及熒光信號，并產生一定量的反射激光。如圖2所示，所述微型超聲換能器500位于所述物鏡400的出射端，虛線箭頭表示激光。在本實施例中，所述微型超聲換能器500長約O. 6毫米、寬約O. 6毫米、厚約O. 25毫米。由于所述微型超聲換能器500體積較小，且物鏡400與所述樣品1500之間除放置所述微型超聲換能器500之外未放置其它任何光學元器件，因此所述物鏡400與所述樣品1500之間的距離可調節至較小值，使得所述物鏡400的數值孔徑可設置為I或者I以上，提高了所述雙模成像系統的精度，成像后的光聲圖像與熒光圖像的分辨率一般可達到亞微米級另O。所述微型超聲換能器500由背襯層、壓電材料層以及匹配層構成。在本實施例中，所述超聲換能器的信號接收端呈平面或凹形弧面，可通過自然聚焦或凹面聚焦有效地接收所述光聲信號。所述壓電材料用于將所述光聲信號轉換為第一電信號，所述匹配層可以使所述光聲信號盡可能多地透射至所述壓電材料層。由于所述光聲信號在空氣中會很快衰減，因此需要水作為所述光聲信號的耦合介質，以防止所述光聲信號的快速衰減。在本實施例中，所述水箱600盛有水，所述物鏡400與所述微型超聲換能器500均放置于所述水箱600中。優選地，所述水箱600底部貼有光學透明膜(圖未示)，所述光學透明膜用于透射所述激光與所述光聲信號。所述數據采集卡700用于采集所述第一電信號。優選地，所述數據采集卡700采集所述第一電信號之前，所述第一電信號先經過所述信號放大器1400，所述信號放大器1400用于對所述第一電信號進行信號放大。所述熒光信號分離裝置800用于將所述熒光信號與所述反射激光進行分離，優選地，所述熒光信號分離裝置800為二向色鏡。本領域的技術人員應能理解，除二向色鏡外的任何能將所述熒光信號與所述反射激光進行分離的裝置均可應用于本發明實施例中。經過所述熒光信號分離裝置800分離的所述熒光信號通過所述熒光信號處理裝置900。所述熒光信號處理裝置900用于接收所述熒光信號，并將所述熒光信號轉換為第二電信號。優選地，所述突光信號處理裝置900包括濾光片901、第三聚光透鏡902、第二針孔裝置903以及第二光電探測器904。其中，所述濾光片901用于對所述熒光信號進行濾光；所述第三聚光透鏡902用于將所述熒光信號聚焦至所述第二針孔裝置903上；所述第二光電探測器904用于將所述熒光信號轉換為所述第二電信號。所述計算機1000用于處理所述第一電信號，并通過處理軟件將所述第一電信號轉化為所述樣品的光聲圖像，同時所述計算機還用于處理所述第二電信號，并通過軟件處理將所述第二電信號轉化為所述樣品的熒光圖像。所述分光鏡1100用于將一部分所述激光反射至所述第一光電探測器1200 ;所述第一光電探測器1200用于將一部分所述激光轉換為第三電信號，所述計算機1000根據所述第三電信號監測所述激光能量的變化，從而實現可實時記錄所述激光的強度，在成像計算中以消除所述樣品1500對所述激光吸收程度的誤差。優選地，所述雙模成像系統還包括升降臺1300，所述樣品1500放置于所述升降臺1300上，所述升降臺1300用于調節所述樣品1500與所述物鏡400之間的距離，從而實現粗
略調焦。優選地，所述三維掃描裝置300還包括高精度位移平臺(圖未示)，所述高精度位移平臺用于精確控制所述樣品1500與所述物鏡400之間的距離，從而實現精確調焦。本發明提出的雙模成像系統能在獲得光聲與熒光雙模成像信息的同時，將所述微型超聲換能器500放置于所述物鏡400出射端，一方面減少了光學元器件的使用，節約成本，另一方面使得所述物鏡400工作距離可調節至較小值，從而提高所述雙模成像系統的成像精度，成像后的光聲圖像與熒光圖像的分辨率一般可達到亞微米(小于I微米)級別。
雖然本發明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發明，并非用來限定本發明的保護范圍，任何在本發明 的精神和原則范圍之內，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發明的權利保護范圍之內。
權利要求
1.一種雙模成像系統，用于生物體樣品成像，包括激光生成裝置、激光預處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數據采集卡、熒光信號分離裝置、熒光信號處理裝置、計算機、分光鏡以及第一光電探測器，其中， 所述激光生成裝置用于生成激光； 所述激光預處理裝置用于對所述激光進行預處理； 所述三維掃描裝置用于控制所述激光的光路，以對所述樣品進行三維光學掃描；所述物鏡用于對所述激光進行聚焦，所述激光經所述物鏡聚焦后照射在所述樣品上激發出光聲信號以及熒光信號，并產生反射激光； 所述微型超聲換能器位于所述物鏡出射端，所述微型超聲換能器具有信號接收端，該信號接收端呈平面或凹形弧面，用于接收所述光聲信號，所述微型超聲換能器用于將所述光聲信號轉換為第一電信號； 所述水箱盛有水，用于耦合所述光聲信號，所述物鏡與所述微型超聲換能器均放置于所述水箱中； 所述數據采集卡用于采集所述第一電信號； 所述熒光信號分離裝置用于將所述熒光信號與所述反射激光進行分離； 所述熒光信號處理裝置用于接收所述熒光信號，并將所述熒光信號轉換為第二電信號; 所述計算機用于處理所述第一電信號，并將所述第一電信號轉化為所述樣品的光聲圖像； 所述計算機還用于處理所述第二電信號，并將所述第二電信號轉化為所述樣品的熒光圖像。
所述分光鏡用于將一部分所述激光反射至所述第一光電探測器； 所述第一光電探測器用于將一部分所述激光轉換為第三電信號，所述計算機根據所述第三電信號監測所述激光能量的變化，實時記錄所述激光的強度，以在成像時消除所述樣品對所述激光吸收程度的誤差。
2.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述激光預處理裝置包括光闌、第一聚光透鏡、第一針孔裝置、第二聚光透鏡、衰減片以及反射鏡，其中， 所述光闌用于控制所述激光的光束寬度； 所述第一聚光透鏡用于將所述激光聚焦至所述第一針孔裝置上； 第一針孔裝置用于對所述激光進行空間濾波； 所述第二聚光透鏡用于將所述激光準直； 所述衰減片用于對所述激光的強度進行衰減； 所述反射鏡用于將所述激光反射至所述三維掃描裝置。
3.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述熒光信號分離裝置為二向色鏡。
4.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述熒光信號處理裝置包括濾光片、第三聚光透鏡、第二針孔裝置以及第二光電探測器，其中， 所述濾光片用于對所述熒光信號進行濾光； 所述第三聚光透鏡用于將所述熒光信號聚焦至所述第二針孔裝置上；所述第二光電探測器用于將所述熒光信號轉換為所述第二電信號。
5.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述雙模成像系統還包括升降臺，所述樣品放置于所述升降臺上，所述升降臺用于調節所述樣品與所述物鏡之間的距離。
6.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述三維掃描裝置還包括高精度位移平臺，所述高精度位移平臺用于精確控制所述樣品與所述物鏡之間的距離。
7.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述水箱底部貼有光學透明膜，所述光學透明膜用于透射所述激光與所述光聲信號。
8.如權利要求I所述的雙模成像系統，其特征在于，所述雙模成像系統還包括信號放大器，所述信號放大器用于對所述第一電信號進行信號放大。
全文摘要
本發明公開了一種雙模成像系統，包括激光生成裝置、激光預處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數據采集卡、熒光信號分離裝置、熒光信號處理裝置、計算機、分光鏡以及第一光電探測器。其中激光預處理裝置用于對激光進行預處理；三維掃描裝置用于控制激光光路；物鏡用于聚焦激光；微型超聲換能器用于將光聲信號轉換為第一電信號；物鏡與微型超聲換能器均放置于水箱中；數據采集卡用于采集第一電信號；熒光信號分離裝置用于分離熒光信號與反射激光；熒光信號處理裝置用于將所述熒光信號轉換為第二電信號；計算機用于將第一電信號與第二信號轉換為光聲圖像與熒光圖像。本發明能提高光聲-熒光雙模成像精度至亞微米級別。
文檔編號G01N21/17GK102928346SQ201210397620
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者宋亮, 林日強, 鄭煒, 白曉淞 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院