一种生物组织弹性模量测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种生物组织弹性模量测量装置，包括第一电源、第一半导体激光器、第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台、第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源、第一光电探测器、标准样品、分光棱镜和第二光电探测器、单行器、锁相放大器和电脑，本发明专利技术还公开了生物组织弹性模量测量方法，单端输入系统产生被测样品的受激布里渊散射信号，双端输入受激布里渊散射系统将该信号放大，从而实现受激布里渊散射频移的高精度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种生物组织弹性模量测量装置及方法
本专利技术属于生物医学和传感
，涉及一种生物组织弹性模量测量装置，本专利技术还涉及一种生物组织弹性模量测量方法。
技术介绍
生物组织是生命体结构和功能的基本单位，其力学特性与机体功能密切相关。而弹性模量是表征生物组织力学性能最主要的一项参数，弹性模量的改变往往和重大病变联系在一起。目前，医学研究和临床上通常采用弹性成像的方法获取生物组织的弹性信息，并主要以此为参考进行病理研究和疾病诊断。弹性成像法主要包括超声弹性成像，核磁共振弹性成像(MRE)以及光学相干弹性成像(OCE)等，其工作原理是对生物组织施加一个内部(包括自身的)或外部的、动态或者静态(准静态)的激励，在物理规律作用下，生物组织将产生一个响应(例如位移、应变、速度)，并且它们的分布会随着激励而发生变化，经过数字信号的一系列处理方法就可以将这些变化量反演成图像，从而得到组织内部力学属性的弹性分布。尽管这些方法在临床上得到广泛应用，但存在分辨率低、成像深度浅等缺点。例如超声弹性成像显示的是病灶对于周边组织的相对硬度，无法提供准确的弹性模量值，且包含多种伪像；磁共振弹性成像空间分辨率的整体水平只有1～3mm，这样的分辨率对于某些疾病检测是远远不够的；光学相干弹性成像空间分辨率相对较高，可达到10μm，但其成像深度最大仅为皮肤下1mm等。根据受激布里渊散射理论可知，布里渊散射的频移νB可表示为：其中E和ρ分别为样品的弹性模量和密度，n为样品折射率，θ为散射角。一般情况下，θ为0°，可见，通过测量布里渊散射的频移可以确定样品的弹性模量E。近年来，将受激布里渊散射应用于生物组织力学性能研究引起了国外专家学者的高度重视和浓厚的研究兴趣，成为当前生物组织力学性能研究的前沿技术和主要推动力。基于受激布里渊散射原理测量生物组织弹性模量具有测量速度快，分辨率高和非侵入性等优点，但是现有技术均采用单频激光单端输入的方式，即泵浦激光入射在样品上，由光学干涉系统测量后向散射信号光的频移。为了避免损伤生物样品，泵浦激光较弱(小于15mW)，导致受激布里渊散射信号微弱。因此，为了准确测量受激布里渊散射信号的频移(几GHz～十几GHz)这一关键问题，国外研究热点主要集中在提高光谱仪的性能上。如采用多个串联的Fabry-Perot干涉仪、级联虚拟成像陈列(VIPA)或在VIPA前放置分子吸收盒等。这些方法虽然提高了光谱分辨率(亚GHz)，但存在信号随干涉仪级次增加而减小、吸收盒带来信号失真、后续数据处理过程比较复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物组织弹性模量测量装置，解决了现有技术中存在的测量系统和数据处理过程复杂的问题。本专利技术的另一目的是提供一种生物组织弹性模量方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种生物组织弹性模量测量装置，包括第一电源，第一电源连接第一半导体激光器，第一半导体激光器沿其光波的光轴方向依次设有第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台，第一偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源，右侧设有第一光电探测器，第一光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，第三偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有标准样品、分光棱镜和第二光电探测器，第二光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，分光棱镜位于第二偏振分光棱镜的偏振光束上，第二偏振分光棱镜与分光棱镜之间设有单行器。本专利技术所采用的另一种技术方案是，一种生物组织弹性模量测量方法，采用上述一种生物组织弹性模量测量装置，具体按照以下步骤实施：步骤1、打开第一电源和第二电源，使得第一半导体激光器输出功率为10mW，线性调谐第二电源的电流，改变从第二半导体激光器出射激光的频率，当第一半导体激光器和第二半导体激光器在第一光电探测器处形成拍波，且拍波频率ν拍小于1GHz时，停止调谐第二电源的电流；步骤2、线性调节第二电源的输出电流，改变从第二半导体激光器出射激光的频率，记录第二光电探测器输出电压与第二电源电流的关系，当第二光电探测器输出电压最大时，记录第二半导体激光器频率变化量；步骤3、计算被测样品的受激布里渊散射频移，然后再计算样品弹性模量；步骤4、重复步骤1-3，求取样品弹性模量的平均值；步骤5、沿第一半导体激光器光波的光轴方向调整位移台，重复步骤1-4。本专利技术的特点还在于：步骤1中第二半导体激光器频率的调谐速率为0.2GHz/s。步骤2中第二半导体激光器频率的调谐速率为0.2GHz/s。步骤3中被测样品的受激布里渊散射频移νB为：νB＝νb+Δν-ν拍，其中，νb为标准样品的受激布里渊散射频移，Δν为第二半导体激光器频率变化量，ν拍为第一半导体激光器和第二半导体激光器在第一光电探测器处形成拍波频率。步骤3中样品弹性模量E根据计算，其中，ρ为样品的密度，n为样品折射率，θ为散射角。本专利技术的有益效果是：本专利技术将单端输入和双端输入受激布里渊散射系统串联，单端输入受激布里渊散射系统的样品为被测样品，双端输入受激布里渊散射系统的样品为标准样品(丙酮)。两个780nmLD激光器分别作为单端输入受激布里渊散射系统的泵浦光和双端输入受激布里渊散射系统的抽运光。单端输入系统产生被测样品的受激布里渊散射信号，双端输入受激布里渊散射系统将生物组织微弱的受激布里渊散射信号进行选频放大后测量，从而实现受激布里渊散射频移的高精度检测。附图说明图1是本专利技术一种生物组织弹性模量测量装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种生物组织弹性模量测量装置，如图1所示，包括第一电源，第一电源连接第一半导体激光器，第一半导体激光器沿其光波的光轴方向依次设有第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台，第一偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源，右侧设有第一光电探测器，第一光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，第三偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有标准样品、分光棱镜和第二光电探测器，第二光电探测器连接锁相放大器，锁相放大器连接电脑，分光棱镜位于第二偏振分光棱镜的偏振光束上，第二偏振分光棱镜与分光棱镜之间设有单行器。本专利技术一种生物组织弹性模量测量装置的工作过程如下，第一半导体激光器LD1，可发射780nm的光波，其电源为第一电源1，在该光波的光轴上设置第一偏振分光棱镜PBS1，后分成两束相互垂直的线偏振光p偏振光和s偏振光，s偏振光入射至第一光电探测器PD1，光电转换后的电信号经锁相放大器LIA1后由PC采集；p偏振光的光轴上依次放置第三偏振分光棱镜PBS3，四分之一波片QWP和显微物镜OL，该p偏振光经四分之一波片QWP后变为圆偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物组织弹性模量测量装置，其特征在于，包括第一电源，所述第一电源连接第一半导体激光器，所述第一半导体激光器沿其光波的光轴方向依次设有第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台，所述第一偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源，右侧设有第一光电探测器，所述第一光电探测器连接锁相放大器，所述锁相放大器连接电脑，所述第三偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有标准样品、分光棱镜和第二光电探测器，所述第二光电探测器连接锁相放大器，所述锁相放大器连接电脑，所述分光棱镜位于第二偏振分光棱镜的偏振光束上，所述第二偏振分光棱镜与分光棱镜之间设有单行器。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物组织弹性模量测量装置，其特征在于，包括第一电源，所述第一电源连接第一半导体激光器，所述第一半导体激光器沿其光波的光轴方向依次设有第一偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、四分之一波片、显微物镜和放有样品的位移台，所述第一偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有第二偏振分光棱镜、第二半导体激光器和第二电源，右侧设有第一光电探测器，所述第一光电探测器连接锁相放大器，所述锁相放大器连接电脑，所述第三偏振分光棱镜沿垂直于第一半导体激光器光波的光轴方向的左侧依次设有标准样品、分光棱镜和第二光电探测器，所述第二光电探测器连接锁相放大器，所述锁相放大器连接电脑，所述分光棱镜位于第二偏振分光棱镜的偏振光束上，所述第二偏振分光棱镜与分光棱镜之间设有单行器。


2.一种生物组织弹性模量测量方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种生物组织弹性模量测量装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1、打开第一电源和第二电源，使得第一半导体激光器输出功率为10mW，线性调谐第二电源的电流，当第一半导体激光器和第二半导体激光器在第一光电探测器处形成拍波，且拍波频率ν拍小于1GHz时，停止调谐第二电源的电流；
步骤2、线性调节第二电源的输出电流，改变从第二半导体激光器出射激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢俊红，焦明星，刘芸，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61