一种散射光声探测方法及光声探测器技术

一种散射光声探测器，包括光源、样品室和声传感器。该样品室的四周侧壁的内壁涂覆有吸光材料层；光源设置在样品室底面一侧的外部照射样品室，该声传感器与样品室的侧壁连通。本发明专利技术可探测弱吸收强散射样品的散射光声信号，弥补了传递光声探测技术只针对强吸收样品的缺陷，具有结构简单紧凑、体积小、灵敏度高和使用方便等特点，可广泛应用于临床医疗诊断等领域，提供一种新的表征手段。

【技术实现步骤摘要】
一种散射光声探测方法及光声探测器
本专利技术涉及一种光声探测技术，特别涉及一种针对弱吸收的样品的光声探测方法及其光声探测器。
技术介绍
随着现代科学技术的发展，医学成像对各种疾病的诊断与治疗有着重要的意义。对生物组织进行成像是研究生物组织病变的重要手段。目前，被广泛运用到医学上的成像方法主要有：X射线成像、磁共振成像(magneticreso—nancetomography，MRT)、超声成像等。在上述的这些成像技术中，都因辐射儿对人体造成一定的损伤。X射线又称伦琴射线，它具有穿透物质的本领，但对不同物质它的穿透本领不同，有破坏细胞作用。X射线成像是根据人体组织的密度和厚度的不同，使组织能在荧光屏或胶片上形成影像，因此有些组织病变无法判断，并且长期频繁使用x射线成像将有损于人们健康。MRT技术是利用人体组织中氢原子核在磁场中受到激励而发生核磁共振现象产生磁现象的一种成像技术。它具有辐射并且设备昂贵等特点。超声成像是一种对生物组织的无损检测，但是它的成像方法依赖与生物组织的声阻抗，由于有些肿瘤组织的声抗无明显的差异，这就限制超声成像技术的运用范围并却它的重组图像的对比度较低。光声成像技术是近年来发展的一种无损检测医学成像技术，它结合了光学成像和超声成像的优点，正在逐步成为医学无损检测的一个新的研究方向。光声效应是医学光声成像研究的基础。用时变的光束照射吸收体时，吸收体因受热膨胀而产生超声波，这种现象称为光声效应，产生的超声波称为光声信号。在医学上，用段脉冲激光均匀照射在生物组织的表面，生物组织吸收光能转化为热能，而使组织局部升温，发生热弹性膨胀，产生超声信号，在利用合适的算法进行图像重组，便可得到生物组织的光声图像。由于光声成像是利用光能的吸收分布来反应组织内部的的结构，是一种非电离，非辐射的无损检测。其有效地结合了纯光学成像的高分辨率、高对比度和纯声学成像的高穿透深度的优点，可实现微米量级的成像精度及厘米量级的探测深度，具有完全非侵入性、无电离辐射、无损等突出特性，在生物医学上具有很广泛的应用前景，如：黑色素瘤的检测、微血管结构与功能成像、内窥镜技术、可视化基因表达成像、分子成像、大脑功能成像等医学成像检测领域。请同时参阅图1和图2，其中，图1是传统的光声光谱探测系统的结构示意图，图2是目标样品光声探测时的工作示意图。光源产生短脉冲激光S1，通过光学元件扩束，形成强度调制光束后照射至待检测的目标样品，该目标样品作为吸收样品快速吸收光束能量，目标样品内的组织受热膨胀，产生声波S2，该声波S2将穿过组织向外传播，可被放置在样品周围的传声器S3探测到，光声信号通过传声器转换为电信号，该电信号再通过信号处理系统形成图像。可采用旋转扫描方式，或采用多元阵列探测器，就可以得到在激光照射下组织内不同区域的光声波压力强度分布。光声波压力的大小与组织对激光能量的吸收程度直接相关，光吸收越强，则该处的光声信号强度越高。因此，利用探测到的光声波分布收据，通过滤波反投影进行图像重建，就可以得到组织的光吸收分布图像。但是，目前传统光声显微成像技术均是针对目标样品自身或标记物吸收所产生的光声信号的探测。然而，在微观生物细胞样品中，并非所有样品都对某一特定波长脉冲激光有热吸收，有许多生物细胞样品本身无法对脉冲激光吸收而产生光声波，从而无法通过光声成像技术探测这种类型样品的图像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可对光弱吸收样品进行检测的光声探测器，实现对无标记弱吸收生物细胞样品光声显微成像。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种光声探测器，包括光源、样品室和声传感器；该样品室的四周侧壁的内壁涂覆有吸光材料层；光源设置在样品室底面一侧的外部照射样品室，该声传感器与样品室的侧壁连通。进一步，还包括一对声波进行放大的耦合腔，该耦合腔的输入端与样品室的侧壁连通，输出端与声传感器连接。进一步，还包括一导声通道，该导声通道的一端与样品室的侧壁连通，另一端与耦合腔的输入端连通。进一步，所述吸光材料层为黑色氧化铁层。进一步，所述声传感器为压电式声传感器，包括压电薄膜和外围电路，该压电薄膜设置在耦合腔的输出端以将声波信号转换为电压信号，该外围电路的输入端分别连接该压电薄膜的两极，并对其产生的电压信号进行放大和滤波。该压电薄膜为PVDF薄膜。进一步，该外围电路包括依序串接的电荷放大器、带通滤波器、电压放大器以及低通滤波器。相比于现有技术，本专利技术的光声探测器可探测弱吸收强散射样品的散射光声信号，弥补了传递光声探测技术只针对强吸收样品的缺陷；同时，可实现与通用激光扫描显微镜无缝对接，可探测样品任意点的散射光声信号，重建样品的散射光声显微图像，具有结构简单紧凑、体积小、灵敏度高和使用方便等特点，可广泛应用于临床医疗诊断等领域，提供一种新的表征手段。同时，本专利技术还提供一种散射光声探测方法。其技术方案为：一种散射光声探测方法，使激光照射弱吸收的目标样品产生散射光，使散射光照射至吸光材料，该吸光材料吸收光子并产生相应的声波，再通过检测该声波获得目标样品的图像。进一步，该吸光材料为黑色的氧化铁。本专利技术的散射光声探测方法可探测弱吸收强散射样品的散射光声信号，弥补了传递光声探测技术只针对强吸收样品的缺陷。附图说明图1是传统的光声光谱探测系统的结构示意图。图2是目标样品光声探测时的工作示意图。图3是本专利技术的一种散射光声探测器的结构示意图。图4是图2中的外围电路的电路图。图5是采用现有技术对一样品(口腔上表皮细胞)的传统光声显微图。图6是采用本专利技术的一种散射光声探测器对同一样品的散射光声显微图。下面参见附图及具体实施例，对本专利技术作进一步说明。具体实施方式由于作为目标样品的弱吸收生物细胞样品无法对脉冲激光有足够的热吸收强度，因而无法产生足够强度的声波。为了使脉冲激光通过目标样品后能够产生声波，专利技术人在光路上增加具有高吸收系数的吸光材料来产生声波。经过反复的光路顺序调整后得到，在光路上依序放置光源、目标样品和高吸收系数的吸光材料，由光源产生的脉冲激光在通过目标样品后，原光路散射，再经由高吸收系数的材料后，产生了可探测的声波，并且该声波携带了该目标样品的结构信息。由此，提供了一种可探测弱光吸收样品的散射光声探测器。请参阅图3，其是本专利技术的光声探测器的结构示意图。该光声探测器包括光源12、样品室14、导声通道16、耦合腔18和声传感器19，该样品室14的内壁涂覆有一高吸收系数的吸光材料层15。待检测的目标样品A设置在盖玻片13上，并被放置在样品室14底部中心处的窗口上，光源照射目标样品A后对其检测。该样品室14、导声通道16和耦合腔18依序连通，该声传感器19连接于该耦合腔18的一端，并与信号处理装置或图像处理装置(图未示)连接。该样品室14、导声通道16、耦合腔18和声传感器19设置在一基体箱内整合成一个整体。具体地，该光源12为连续光源(400-2500nm)受斩波器调制后产生的脉冲光束，其经过显微物镜(图未示)形成聚焦光束。该样品室14为封闭的腔室，其为对称结构。在本实施例中，该样品室14为圆柱体，其侧面的内壁涂覆高吸收系数的吸光材料层15，用以吸收光子产生声波。而在该样品室的上下底面不涂覆吸光材料层，以避免将未透过样品的弹道光吸收转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种散射光声探测器，其特征在于：包括光源、样品室和声传感器；该样品室的四周侧壁的内壁涂覆有吸光材料层；光源设置在样品室底面一侧的外部照射样品室，该声传感器与样品室的侧壁连通。

【技术特征摘要】
1.一种散射光声探测器，其特征在于：包括光源、样品室和声传感器；该样品室的四周侧壁的内壁涂覆有吸光材料层，而样品室上下底面的内壁不涂覆吸光材料层；光源设置在样品室底面一侧的外部照射样品室；所述声传感器为压电式声传感器，包括压电薄膜和外围电路，该声传感器与样品室的侧壁连通。2.根据权利要求1所述的光声探测器，其特征在于：还包括一对声波进行放大的耦合腔，该耦合腔的输入端与样品室的侧壁连通，输出端与声传感器连接。3.根据权利要求2所述的光声探测器，其特征在于：还包括一导声通道，该导声通道的一端与样品室的侧壁连通，另一端与耦合腔的输入端连通。4.根据权利要求3所述的光声探测器，其特征在于：所述吸光材料层为黑色氧化铁层。5.根据权利要求4所述的光声探测器，其特征在于：所述声传感器为压电式声传感器，包括压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泳波，唐志列，吴丽如，黄敏芳，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44