專利名稱：雙模成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，尤其涉及一種雙模成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中的光聲成像技術(shù)利用生物體組織的光學(xué)吸收特性為對(duì)比機(jī)制，可以獲得生物體的化學(xué)組分以及生理功能特性。熒光共聚焦成像技術(shù)借助熒光分子靶向?qū)ι矬w組織分子的分布、結(jié)構(gòu)和功能提供特異性成像。由于光聲成像技術(shù)與熒光共聚焦成像技術(shù)都具有較高的分辨率，并且在一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此將光聲成像技術(shù)與熒光共聚焦成像技術(shù)兩者結(jié)合起來，可以獲得更多的生物體組織信息，從而進(jìn)一步提高醫(yī)療診斷及治療效率。此外，實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的橫向空間分辨率，對(duì)生物體細(xì)胞和亞細(xì)胞層面的生物活動(dòng)進(jìn)行在體成像具有極其重要的意義。
現(xiàn)有技術(shù)中的光聲一突光共聚焦成像系統(tǒng)為反射激光照射在樣品上激發(fā)產(chǎn)生的光聲信號(hào)，在物鏡與觀察樣品之間設(shè)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(shù)值孔徑的物鏡，因此成像系統(tǒng)的橫向分辨率只能達(dá)到幾個(gè)微米的量級(jí)。有的能達(dá)到亞微米量級(jí)的成像系統(tǒng)中卻只采用了光聲成像這一種成像技術(shù)。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有分辨率達(dá)到亞微米量級(jí)的光聲一熒光雙模成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種雙模成像系統(tǒng)。所述雙模成像系統(tǒng)包括激光生成裝置、激光預(yù)處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數(shù)據(jù)采集卡、熒光信號(hào)分離裝置、熒光信號(hào)處理裝置、計(jì)算機(jī)、分光鏡以及第一光電探測(cè)器。其中，所述激光生成裝置用于生成激光；所述激光預(yù)處理裝置用于對(duì)所述激光進(jìn)行預(yù)處理；所述三維掃描裝置用于控制所述激光的光路，以對(duì)所述樣品進(jìn)行三維掃描；所述物鏡用于對(duì)所述激光進(jìn)行聚焦，所述激光經(jīng)所述物鏡聚焦后照射在所述樣品上激發(fā)出光聲信號(hào)以及熒光信號(hào)，并產(chǎn)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(hào)接收端呈平面或凹形弧面，用于接收所述光聲信號(hào)，所述微型超聲換能器用于將所述光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)；所述水箱盛有水，用于耦合所述光聲信號(hào)，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(shù)據(jù)采集卡用于采集所述第一電信號(hào)；所述熒光信號(hào)分離裝置用于將所述熒光信號(hào)與所述反射激光進(jìn)行分離；所述熒光信號(hào)處理裝置用于接收所述熒光信號(hào)，并將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)用于處理所述第一電信號(hào)，并將所述第一電信號(hào)轉(zhuǎn)化為所述樣品的光聲圖像；所述計(jì)算機(jī)還用于處理所述第二電信號(hào)，并將所述第二電信號(hào)轉(zhuǎn)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(cè)器；所述第一光電探測(cè)器用于將一部分所述激光轉(zhuǎn)換為第三電信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述第三電信號(hào)監(jiān)測(cè)所述激光能量的變化，從而可實(shí)時(shí)記錄所述激光的強(qiáng)度，以在成像計(jì)算時(shí)消除所述樣品對(duì)所述激光吸收程度的誤差。
本發(fā)明提出的雙模成像系統(tǒng)能在獲得光聲與突光雙模成像信息的同時(shí)，將微型超聲換能器放置于物鏡出射端，一方面減少了光學(xué)元器件的使用，節(jié)約成本，另一方面使得物鏡工作距離可調(diào)節(jié)至較小值，選擇較大數(shù)值孔徑，從而提高所述雙模成像系統(tǒng)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(dá)到亞微米級(jí)別。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施例的雙模成像系統(tǒng)；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的物鏡與微型超聲換能器的位置關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。圖I所示為本發(fā)明一實(shí)施例的雙模成像系統(tǒng)，用于生物體樣品成像，所述雙模成像系統(tǒng)包括激光生成裝置100、激光預(yù)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(shù)據(jù)采集卡700、熒光信號(hào)分離裝置800、熒光信號(hào)處理裝置900、計(jì)算機(jī)1000、分光鏡1100以及第一光電探測(cè)器1200。在本實(shí)施例中，所述激光生成裝置100為一可調(diào)激光光源，用于產(chǎn)生激光，所述激光用作所述雙模成像系統(tǒng)的光源。所述激光預(yù)處理裝置200用于對(duì)所述激光進(jìn)行預(yù)處理。優(yōu)選地，所述激光預(yù)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(chǎn)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(duì)所述激光進(jìn)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(zhǔn)直；所述衰減片205用于對(duì)所述激光的強(qiáng)度進(jìn)行一定程度的衰減，使得所述激光強(qiáng)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(duì)所述樣品進(jìn)行三維方向上的掃描。優(yōu)選地，所述三維掃描裝置300還包括高精度位移平臺(tái)，所述高精度位移平臺(tái)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(duì)所述三維掃描裝置300輸出的激光進(jìn)行聚焦，所述激光經(jīng)所述物鏡400聚焦后照射在所述樣品1500上激發(fā)出光聲信號(hào)以及熒光信號(hào)，并產(chǎn)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(shí)施例中，所述微型超聲換能器500長(zhǎng)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(xué)元器件，因此所述物鏡400與所述樣品1500之間的距離可調(diào)節(jié)至較小值，使得所述物鏡400的數(shù)值孔徑可設(shè)置為I或者I以上，提高了所述雙模成像系統(tǒng)的精度，成像后的光聲圖像與熒光圖像的分辨率一般可達(dá)到亞微米級(jí)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(gòu)成。在本實(shí)施例中，所述超聲換能器的信號(hào)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(hào)。所述壓電材料用于將所述光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)，所述匹配層可以使所述光聲信號(hào)盡可能多地透射至所述壓電材料層。由于所述光聲信號(hào)在空氣中會(huì)很快衰減，因此需要水作為所述光聲信號(hào)的耦合介質(zhì)，以防止所述光聲信號(hào)的快速衰減。在本實(shí)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(yōu)選地，所述水箱600底部貼有光學(xué)透明膜(圖未示)，所述光學(xué)透明膜用于透射所述激光與所述光聲信號(hào)。所述數(shù)據(jù)采集卡700用于采集所述第一電信號(hào)。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集卡700采集所述第一電信號(hào)之前，所述第一電信號(hào)先經(jīng)過所述信號(hào)放大器1400，所述信號(hào)放大器1400用于對(duì)所述第一電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大。所述熒光信號(hào)分離裝置800用于將所述熒光信號(hào)與所述反射激光進(jìn)行分離，優(yōu)選地，所述熒光信號(hào)分離裝置800為二向色鏡。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，除二向色鏡外的任何能將所述熒光信號(hào)與所述反射激光進(jìn)行分離的裝置均可應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)施例中。經(jīng)過所述熒光信號(hào)分離裝置800分離的所述熒光信號(hào)通過所述熒光信號(hào)處理裝置900。所述熒光信號(hào)處理裝置900用于接收所述熒光信號(hào)，并將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)。優(yōu)選地，所述突光信號(hào)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(cè)器904。其中，所述濾光片901用于對(duì)所述熒光信號(hào)進(jìn)行濾光；所述第三聚光透鏡902用于將所述熒光信號(hào)聚焦至所述第二針孔裝置903上；所述第二光電探測(cè)器904用于將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第二電信號(hào)。所述計(jì)算機(jī)1000用于處理所述第一電信號(hào)，并通過處理軟件將所述第一電信號(hào)轉(zhuǎn)化為所述樣品的光聲圖像，同時(shí)所述計(jì)算機(jī)還用于處理所述第二電信號(hào)，并通過軟件處理將所述第二電信號(hào)轉(zhuǎn)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(cè)器1200 ;所述第一光電探測(cè)器1200用于將一部分所述激光轉(zhuǎn)換為第三電信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)1000根據(jù)所述第三電信號(hào)監(jiān)測(cè)所述激光能量的變化，從而實(shí)現(xiàn)可實(shí)時(shí)記錄所述激光的強(qiáng)度，在成像計(jì)算中以消除所述樣品1500對(duì)所述激光吸收程度的誤差。優(yōu)選地，所述雙模成像系統(tǒng)還包括升降臺(tái)1300，所述樣品1500放置于所述升降臺(tái)1300上，所述升降臺(tái)1300用于調(diào)節(jié)所述樣品1500與所述物鏡400之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)粗
略調(diào)焦。優(yōu)選地，所述三維掃描裝置300還包括高精度位移平臺(tái)(圖未示)，所述高精度位移平臺(tái)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(shí)現(xiàn)精確調(diào)焦。本發(fā)明提出的雙模成像系統(tǒng)能在獲得光聲與熒光雙模成像信息的同時(shí)，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(xué)元器件的使用，節(jié)約成本，另一方面使得所述物鏡400工作距離可調(diào)節(jié)至較小值，從而提高所述雙模成像系統(tǒng)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(dá)到亞微米(小于I微米)級(jí)別。
雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實(shí)施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，任何在本發(fā)明 的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙模成像系統(tǒng)，用于生物體樣品成像，包括激光生成裝置、激光預(yù)處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數(shù)據(jù)采集卡、熒光信號(hào)分離裝置、熒光信號(hào)處理裝置、計(jì)算機(jī)、分光鏡以及第一光電探測(cè)器，其中， 所述激光生成裝置用于生成激光； 所述激光預(yù)處理裝置用于對(duì)所述激光進(jìn)行預(yù)處理； 所述三維掃描裝置用于控制所述激光的光路，以對(duì)所述樣品進(jìn)行三維光學(xué)掃描；所述物鏡用于對(duì)所述激光進(jìn)行聚焦，所述激光經(jīng)所述物鏡聚焦后照射在所述樣品上激發(fā)出光聲信號(hào)以及熒光信號(hào)，并產(chǎn)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(hào)接收端，該信號(hào)接收端呈平面或凹形弧面，用于接收所述光聲信號(hào)，所述微型超聲換能器用于將所述光聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)； 所述水箱盛有水，用于耦合所述光聲信號(hào)，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(shù)據(jù)采集卡用于采集所述第一電信號(hào)； 所述熒光信號(hào)分離裝置用于將所述熒光信號(hào)與所述反射激光進(jìn)行分離； 所述熒光信號(hào)處理裝置用于接收所述熒光信號(hào)，并將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào); 所述計(jì)算機(jī)用于處理所述第一電信號(hào)，并將所述第一電信號(hào)轉(zhuǎn)化為所述樣品的光聲圖像； 所述計(jì)算機(jī)還用于處理所述第二電信號(hào)，并將所述第二電信號(hào)轉(zhuǎn)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(cè)器； 所述第一光電探測(cè)器用于將一部分所述激光轉(zhuǎn)換為第三電信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述第三電信號(hào)監(jiān)測(cè)所述激光能量的變化，實(shí)時(shí)記錄所述激光的強(qiáng)度，以在成像時(shí)消除所述樣品對(duì)所述激光吸收程度的誤差。
2.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光預(yù)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(duì)所述激光進(jìn)行空間濾波； 所述第二聚光透鏡用于將所述激光準(zhǔn)直； 所述衰減片用于對(duì)所述激光的強(qiáng)度進(jìn)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(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光信號(hào)分離裝置為二向色鏡。
4.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光信號(hào)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(cè)器，其中， 所述濾光片用于對(duì)所述熒光信號(hào)進(jìn)行濾光； 所述第三聚光透鏡用于將所述熒光信號(hào)聚焦至所述第二針孔裝置上；所述第二光電探測(cè)器用于將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第二電信號(hào)。
5.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述雙模成像系統(tǒng)還包括升降臺(tái)，所述樣品放置于所述升降臺(tái)上，所述升降臺(tái)用于調(diào)節(jié)所述樣品與所述物鏡之間的距離。
6.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三維掃描裝置還包括高精度位移平臺(tái)，所述高精度位移平臺(tái)用于精確控制所述樣品與所述物鏡之間的距離。
7.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述水箱底部貼有光學(xué)透明膜，所述光學(xué)透明膜用于透射所述激光與所述光聲信號(hào)。
8.如權(quán)利要求I所述的雙模成像系統(tǒng)，其特征在于，所述雙模成像系統(tǒng)還包括信號(hào)放大器，所述信號(hào)放大器用于對(duì)所述第一電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙模成像系統(tǒng)，包括激光生成裝置、激光預(yù)處理裝置、三維掃描裝置、物鏡、微型超聲換能器、水箱、數(shù)據(jù)采集卡、熒光信號(hào)分離裝置、熒光信號(hào)處理裝置、計(jì)算機(jī)、分光鏡以及第一光電探測(cè)器。其中激光預(yù)處理裝置用于對(duì)激光進(jìn)行預(yù)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(hào)轉(zhuǎn)換為第一電信號(hào)；物鏡與微型超聲換能器均放置于水箱中；數(shù)據(jù)采集卡用于采集第一電信號(hào)；熒光信號(hào)分離裝置用于分離熒光信號(hào)與反射激光；熒光信號(hào)處理裝置用于將所述熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)；計(jì)算機(jī)用于將第一電信號(hào)與第二信號(hào)轉(zhuǎn)換為光聲圖像與熒光圖像。本發(fā)明能提高光聲-熒光雙模成像精度至亞微米級(jí)別。
文檔編號(hào)G01N21/17GK102928346SQ201210397620
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者宋亮, 林日強(qiáng), 鄭煒, 白曉淞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院