基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置及方法。该装置包括光声显微成像激光扫描组件、光声显微成像超声扫描组件、宽场荧光显微成像组件和激光散斑血流成像组件。该方法使用光学扫描振镜扫描光声显微成像激光，使用旋转电机驱动玻璃片扫描线聚焦超声换能器焦区，实现光学扫描和声学扫描分离的光声显微成像，并结合宽场光声显微成像与激光散斑血流成像。采用本发明专利技术的装置设计及成像方法，通过光、声分离扫描及3个二向色镜将三种成像方式的光路结合，使用同一物镜成像，能够实现多模态成像区域完全重合，达到多模态同时快速成像的技术效果。快速成像的技术效果。快速成像的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置及方法


[0001]本专利技术属于光学医疗成像领域，具体涉及一种基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置及方法。

技术介绍

[0002]光声显微成像是一种基于光学吸收对比度成像的成像方法，通过使用激光照射样品，样品吸收激光能量，经过非辐射弛豫及热致弹性膨胀，将能量以超声波的形式发出，称为光声信号。由于血红蛋白对可见光波段的强吸收，光声成像被广泛用于对生物组织的血管网络进行结构和功能性成像。
[0003]光声显微成像是一种点对点的激光扫描成像方式，一般需要对光进行扫描。为了提高成像的信噪比，一般使用聚焦的超声换能器代替普通的平场超声换能器进行探测，因此也需要对声进行扫描。为了实现光声扫描，中科院深圳先进技术研究院的刘成波、美国杜克大学的Junjie Yao等提出了使用浸没于水中的旋转多边形镜的扫描方法，韩国浦项科技大学的Chulhong Kim 等提出了水浸式光学扫描振镜同时扫描激光和超声探测的方式。以上方式都是同时对光和声进行扫描，简化了扫描的器件，但是超声扫描不可避免地对光产生影响，产生了明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置，其特征在于，该多模态光学成像装置包括光声显微成像激光扫描组件、光声显微成像超声扫描组件、宽场荧光显微成像组件和激光散斑血流成像组件；所述光声显微成像激光扫描组件包括纳秒脉冲激光器、空间光滤波器、光学扫描振镜、扫描透镜、第一镜筒透镜、1号二向色镜和物镜，用于产生、扫描、传输和聚焦用于光声显微成像的激发光，将其发射至待测样品组织；其中，所述宽场荧光显微成像组件、所述光声显微成像激光扫描组件和所述激光散斑血流成像组件共用同一物镜；所述光声显微成像超声扫描组件包括透光反声的玻璃片、1号旋转电机、线聚焦超声换能器、2号旋转电机、光声信号放大器、光声信号滤波器和数据采集卡，用于扫描所述线聚焦超声换能器的焦区，探测所述光声显微成像激光扫描组件在待测样品组织激发的光声信号；所述宽场荧光显微成像组件包括荧光激发光源、照明镜片组、2号二向色镜、物镜、第二镜筒透镜、3号二向色镜和第一相机，用于将光源的光传输到待测样品组织的成像面，并利用同一个物镜收集荧光信号，利用第二镜筒透镜成像于第一相机；所述激光散斑血流成像组件包括相干光源、扩束透镜组、物镜、第二镜筒透镜、3号二向色镜和第二相机，用于产生和传输相干照明光，照射到待测样品组织表面，经过物镜和第二镜筒透镜成像于第二相机；该多模态光学成像装置采用光、声分离扫描成像，实现方式包括光栅分离扫描模式和旋转分离扫描模式；其中，光栅分离扫描模式的实现方式为：光学扫描通过所述光学扫描振镜实现高速二维扫描，激光经过扫描透镜、第一镜筒透镜、物镜传输到待测样品组织表面，覆盖矩形成像区域；声学扫描通过所述1号旋转电机驱动透光反声玻璃片旋转实现一维扫描，覆盖矩形成像区域，并与所述光学扫描的轨迹重合；旋转分离扫描模式的实现方式为：光学扫描通过所述光学扫描振镜实现高速二维扫描，激光经过扫描透镜、第一镜筒透镜、物镜传输到待测样品组织表面，覆盖圆形成像区域；声学扫描通过所述2号旋转电机驱动线聚焦超声换能器旋转实现扫描，覆盖圆形成像区域，并与所述光学扫描的轨迹重合。2.根据权利要求1所述的基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置，其特征在于，所述宽场荧光显微成像组件的激发光经过物镜后直接透过所述光声显微成像超声扫描组件中的透光反声玻璃片，激发的荧光沿原路返回，再次透过玻璃片、物镜、1号二向色镜、2号二向色镜及3号二向色镜进入第一相机成像；所述激光散斑血流成像组件的激发光从侧面穿过所述光声显微成像超声扫描组件中的透光反声玻璃片，照射在待测样品组织表面后反射，再次穿过玻璃片经过物镜、1号二向色镜和2号二向色镜，被3号二向色镜反射进入第二相机成像；所述1号二向色镜用于反射光声显微成像的激发光，透过其他波段的光，将光声显微成像激发光路与宽场荧光显微成像、激光散斑血流成像光路合并；所述2号二向色镜用于反射宽场荧光显微成像的激发光，透射荧光信号及激光散斑血流成像波段的光，将宽场荧光显微成像的激发光路与探测光路合并；
所述3号二向色镜用于透射宽场荧光显微成像的荧光信号进入第一相机，反射激光散斑血流成像波段的光进入第二相机，实现同时成像；所述宽场荧光显微成像组件、所述光声显微成像组件和所述激光散斑血流成像组件通过1号二向色镜、2号二向色镜和3号二向色镜合并为同一光路，利用同一物镜成像，所述宽场荧光显微成像组件与所述激光散斑血流成像组件的信号分别使用第一相机和第二相机探测，实现宽场荧光显微成像激发光、光声显微成像激发光、激光散斑血流成像的成像区域完全重合，无需切换即可实现多模态同时成像。3.根据权利要求2所述的基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置，其特征在于，对应于光栅分离扫描模式和旋转分离扫描模式，所述光声显微成像激光扫描组件的工作方式也分为2种；针对光栅分离扫描模式，纳秒脉冲激光器输出激光束，依次通过聚焦透镜、小孔光阑及准直透镜组成的空间光滤波器，依次通过光学扫描振镜、扫描透镜、第一镜筒透镜、1号二向色镜反射进入物镜；光学扫描振镜、扫描透镜、第一镜筒透镜和物镜实现扫描、聚焦、准直和再聚焦，将焦点聚焦于待测样品组织，通过将光束直径扩大，缩小焦点尺寸，提高成像分辨率；扫描进行时，光学扫描振镜的一轴控制光焦点在成像表面沿矩形成像区域的一条边往返扫描，另一轴控制光焦点在完成一次往返扫描后沿矩形成像区域的另一条边移动一个像素点，重复扫描；针对旋转分离扫描模式，扫描进行时，光学扫描振镜双轴控制光焦点在成像表面沿圆形成像区域的直径往返扫描，完成一次扫描后以圆形成像区域中心为轴偏转一个角度，重复扫描。4.根据权利要求2所述的基于光、声分离扫描技术的多模态光学成像装置，其特征在于，对应于光栅分离扫描模式，所述光声显微成像超声扫描组件的工作方式如下：玻璃片、线聚焦超声换能器浸没于去离子水中，去离子水与玻璃片的折射率近似，允许光声显微成像的脉冲激发光、荧光激发光、荧光发射光和激光散斑血流成像激发光直接透过，不影响光学成像质量；玻璃片与去离子水的声阻抗差异大，待测样品组织吸收激光能量产生的超声波被反射到线聚焦超声换能器表面，转换为电信号，经过光声信号放大器、光声信号滤波器后通过数据采集卡转换为数字信号存储于计算机内；1号旋转电机传动轴与玻璃片连接，扫描进行时，线聚焦超声换能器的焦区经玻璃片反射后与矩形成像区域的一条边重合，光学扫描振镜控制焦点沿此条边往返扫描，完成一次往返扫描后，1号旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚磊，秦伟，齐伟智，郭恒，梁笑，李林阳，孙健，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：