基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法。该基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统包括：OCT成像装置，光声成像装置，样本放置装置，控制和信号处理装置；所述OCT成像装置包括第一光源，第一光传输装置，第一光信号检测装置；所述光声成像装置包括第二光源，第二光传输装置，光声传感装置，以及第二光信号检测装置；其中，所述光声传感装置基于表面等离子体共振传感技术，包括第三光源，第一光偏振装置，棱镜，光声波耦合溶液，凹面声波反射镜，以及第二光偏振装置。该多模态成像系统有效融合了光声成像和OCT成像，实现了组织的“无标记、多视角、自配准”观测，为探索机体的复杂生理病理机制提供革新的技术手段。技术手段。技术手段。

【技术实现步骤摘要】
基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及医学影像
，尤其涉及基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法。

技术介绍

[0002]众所周知，生物组织是涵盖细胞、细胞外基质、血液微循环等众多要素的复杂体系，例如皮肤、视网膜、神经血管耦合、恶性肿瘤等。获取生物组织多角度、全方位的信息，是实现机体生理病理状态精准评价的前提。
[0003]在众多的光学显微技术中，光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)和光声成像两种技术以其特有的成像对比机制，结合无标记、快速、可在体观测等多重优点，在辨析组织层状结构和观察血液微循环方面各具优势。
[0004]OCT技术通过探测样品的光学散射特性，无需外源标记即可观察活体生物组织。OCT采用弱相干的宽谱照明光源，通过解析参考臂和样品臂的光学相干信号，可实现微米量级的深度分辨能力，从而清晰呈现组织横截面的层状结构。借助于振镜的高速二维扫描，三维OCT图像的采集耗时仅几秒，甚至可以达到实时成像。而且，绝大多数OCT采用红外波段激发光源，不仅增大了成像深度(～1.0mm)，而且降低了组织的光损伤。光声成像技术基于生物组织的光学吸收特性，它有机结合了光学激发和声学探测两种物理手段，通过探测色素物质吸收短脉冲激光后，因瞬时热弹性效应产生的宽带超声波(即光声信号)，能够直接测量组织的光吸收性质。血红蛋白(血液中的主要光学吸收物质)在可见
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近红外光波段具有强烈的光学吸收特性，因此光声技术无需外源标记，即可特异性地观察活体血管组织，避免了造影剂使用可能引发的毒副作用。而且，组织的超声(光声波)衰减作用远远低于光衰减，使光声技术能够测量组织较深位置处的光学吸收信息。但是，作为单一模态影像方法，两种技术的成像机制也限制了自身的观察能力，使它们仅能从单一侧面测量样品的光学特性(光散射或者光吸收)，难以实现生物组织多要素信息的获取。
[0005]因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中的以上缺陷，本专利技术提供了一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法，旨在解决现有OCT成像和光生成像这两种单一成像机制限制了自身的观察能力，使它们仅能从单一侧面测量样品的光学特性，难以实现生物组织多要素信息的获取的问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，包括：OCT成像装置，光声成像装置，样本放置装置，控制和信号处理装置；所述OCT成像装置包括第一光源，第一光传输装置，第一光信号检测装置；所述光声成像装置包括第二光源，第二光传输装置，光声传感装置，以及第二光信号检测装置；其中，所述光声传感装置基于表
面等离子体共振传感技术，包括第三光源，第一光偏振装置，棱镜，光声波耦合溶液，凹面声波反射镜，以及第二光偏振装置。
[0009]所述第一光源为超发光二级管；
[0010]所述第二光源为脉冲激光器；
[0011]所述第三光源为氦氖激光器，用于产生表面等离子体共振的连续光。
[0012]所述表面等离子体共振的连续光波长为632.8nm。
[0013]所述第一光传输装置包括光纤耦合器，微透镜，以及若干反射镜和透镜；
[0014]所述第二光传输装置包括二色镜，以及若干反射镜和透镜。
[0015]所述第一光偏振装置包括线偏振片和半波片；
[0016]所述第二偏振装置包括偏振分光镜。
[0017]所述棱镜表面镀有金膜。
[0018]所述凹面声波反射镜材质为玻璃，用于光束和声束的分离。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像方法，该多模态成像方法采用如上任一项所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统进行成像操作，所述多模态成像方法包括以下操作步骤：
[0020]将待测样品置于所述基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统的样本放置装置中；
[0021]控制OCT成像装置的第一光源输出激光，控制光声成像装置的第二光源输出脉冲激光，两束输出光合束后聚焦至所述样品；
[0022]控制第一光信号检测装置检测样品的OCT反射光信号；
[0023]控制光声传感装置将样品产生的光声波信号转化为反射偏振光信号；
[0024]控制第二光信号检测装置检测样品的光声反射偏振光信号；
[0025]所述控制和信号处理装置对检测到的OCT反射光信号和光声反射偏振光信号进行数据分析以及图像重建。
[0026]其中，所述光声传感装置将样品产生的光声波信号转化为反射偏振光信号是基于表面等离子体共振传感技术，具体步骤包括：
[0027]样品产生的光声波经由光声波耦合溶液耦合，引起耦合溶液折射率变化；
[0028]凹面声波反射镜将其反射至表面镀有金膜的棱镜表面，改变棱镜表面的等离子体共振场；
[0029]控制光声传感装置的第三光源输出波长为632.8nm的连续光；
[0030]所述连续光经第一偏振装置后调整为含p和s成分的线偏振光；
[0031]所述线偏振光入射至表面镀有金膜的棱镜上，在金膜表面激发等离子体共振效应；
[0032]金膜的反射偏振光经第二偏振装置后分为p
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偏振光和s
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偏振光；
[0033]两束反射偏振光束分别进入第二光信号检测装置两个端口。
[0034]有益效果：本专利技术提供了一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统及方法：引入表面等离子体共振传感技术，利用该技术的折射率高敏感与超快时间响应特点，进行光声波的宽带、高灵敏度检测，提高光声成像的信噪比与轴向分辨率，使其具备与OCT相匹配的微米级深度分辨能力。设计声波反射镜，实现光、声能量的引导与区分，从而既实
现激发光束的高通量传输和高分辨率聚焦，又保证背向传输信号(OCT反射光和光声波)的高灵敏度、大带宽检测。通过上述方式使光声和OCT具备相比拟的空间分辨率和反射成像能力，从而搭建完成两者有效融合的多模态成像系统，实现组织的“无标记、多视角、自配准”观测，为探索机体的复杂生理病理机制提供革新的技术手段。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术实施例提供的一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统的示意图。
[0037]图2为本专利技术实施例提供的一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像方法具体实施的流程图。
[0038]图3为本专利技术实施例提供的一种光声传感装置将样品产生的光声波信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于，包括：OCT成像装置，光声成像装置，样本放置装置，控制和信号处理装置；所述OCT成像装置包括第一光源，第一光传输装置，第一光信号检测装置；所述光声成像装置包括第二光源，第二光传输装置，光声传感装置，以及第二光信号检测装置；其中，所述光声传感装置包括第三光源，第一光偏振装置，棱镜，光声波耦合溶液，凹面声波反射镜，以及第二光偏振装置。2.根据权利要求1所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述第一光源为超发光二级管；所述第二光源为脉冲激光器；所述第三光源为氦氖激光器，用于产生表面等离子体共振的连续光。3.根据权利要求2所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述表面等离子体共振的连续光波长为632.8nm。4.根据权利要求1所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述第一光传输装置包括光纤耦合器，微透镜，以及若干反射镜和透镜；所述第二光传输装置包括二色镜，以及若干反射镜和透镜。5.根据权利要求1所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述第一光偏振装置包括线偏振片和半波片；所述第二偏振装置包括偏振分光镜。6.根据权利要求1所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述棱镜表面镀有金膜。7.根据权利要求1所述的基于光声和光学相干层析技术的多模态成像系统，其特征在于：所述凹面声波反射镜材质为玻璃，用于光束和声束的分离。8.一种基于光声和光学相干层析技术的多模态成像方法，其特征在于，该多模态成像方法采用权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光，宋伟，闵长俊，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：