一種反射式光聲顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光聲成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種亞微米級(jí)分辨率光聲顯微成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在一系列領(lǐng)域的光聲成像研究中，所采用的成像裝置可主要依據(jù)其激發(fā)光照明及超聲接收的方式分為三大類，即光聲計(jì)算層析成像系統(tǒng)、聲學(xué)分辨率光聲顯微系統(tǒng)和光學(xué)分辨率光聲顯微系統(tǒng)。其中，光學(xué)分辨率光聲顯微系統(tǒng)的成像分辨能力最為出色。依據(jù)所使用的物鏡數(shù)值孔徑值的不同，其空間橫向分辨率可達(dá)到數(shù)微米乃至亞微米級(jí)別。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn):1、為了達(dá)到亞微米級(jí)別的分辨率，需要采用數(shù)值孔徑較高(>0.4)的高倍光學(xué)物鏡將入射光束聚焦為微小的光斑。然而，傳統(tǒng)的高數(shù)值孔徑物鏡對(duì)應(yīng)著較短的工作距離(〈10mm)，空間上的限制使得用于接收信號(hào)的超聲換能器必須放置在與物鏡相對(duì)的一側(cè)才能工作，如果需要在物鏡后方增加掃描機(jī)構(gòu)則會(huì)更進(jìn)一步地壓縮原本有限的空間，因此傳統(tǒng)的方案只能實(shí)現(xiàn)對(duì)較薄成像樣本的離體透射式成像，無(wú)法滿足針對(duì)在體動(dòng)物和較厚樣品的成像要求；2、為實(shí)現(xiàn)高速掃描成像，現(xiàn)有的方案一般采用掃描振鏡對(duì)反射進(jìn)入物鏡前的光束進(jìn)行快速掃描。然而由于掃描時(shí)的光學(xué)焦點(diǎn)沿著原焦平面移動(dòng)，不再與超聲換能器的聲學(xué)焦點(diǎn)共焦重合，因此造成離焦處的信號(hào)探測(cè)效率下降，從而限制了有效成像區(qū)域面積(即視場(chǎng))的大小，不利于感興趣的成像區(qū)域的選擇；3、為了保持足夠大小的視場(chǎng)，現(xiàn)有的方案一般采用精密位移平臺(tái)移動(dòng)樣品或者成像探頭的方式進(jìn)行圖像掃描后的拼接，然而這會(huì)限制成像速度，不利于針對(duì)動(dòng)態(tài)變化的血液流速、氧飽和度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]傳統(tǒng)的光聲成像裝置不能同時(shí)滿足以下這些特性:既快速實(shí)時(shí)掃描，又保證亞微米級(jí)的空間分辨率和較大的(毫米級(jí)寬度)成像視場(chǎng)，并且具有針對(duì)活體動(dòng)物進(jìn)行光聲成像的能力。
[0005]為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些特性，改進(jìn)光聲成像的質(zhì)量，本發(fā)明提供了一種反射式光聲成像系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種反射式光聲顯微成像系統(tǒng)，包括脈沖激光器、聚焦透鏡、反射式顯微物鏡、防水式掃描振鏡、超聲換能器、放大器、數(shù)據(jù)采集卡、系統(tǒng)控制主機(jī)、圖像顯示器、水箱和樣品臺(tái)，所述防水式掃描振鏡置于所述水箱中。所述脈沖激光器發(fā)出脈沖光，脈沖光經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后入射至所述反射式顯微物鏡，然后經(jīng)所述防水式掃描振鏡反射至水箱下方的樣品上，并激發(fā)出超聲信號(hào)，所述超聲信號(hào)經(jīng)所述防水式掃描振鏡反射后被所述超聲換能器接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，所述電信號(hào)傳送至所述放大器并被放大器放大，所述數(shù)據(jù)采集卡與所述放大器及所述系統(tǒng)控制主機(jī)均信號(hào)連通，所述數(shù)據(jù)采集卡將放大后的電信號(hào)采集到系統(tǒng)控制主機(jī)，所述系統(tǒng)控制主機(jī)安裝有采集控制及信號(hào)處理系統(tǒng)，并可將處理結(jié)果輸出至圖像顯示器顯示。
[0006]優(yōu)選地，所述反射式顯微物鏡腔內(nèi)包括主反射鏡和次級(jí)反射鏡，主反射鏡位于反射式顯微物鏡的出射口處，次級(jí)反射鏡位于腔內(nèi)前半部分，且呈中心開孔的圓環(huán)狀。
[0007]優(yōu)選地，所述反射式顯微物鏡數(shù)值孔徑NA為0.5，工作距離為23.2 mm。
[0008]優(yōu)選地，所述防水式掃描振鏡為防水式MEMS 二維掃描振鏡，包括內(nèi)框、外框和反射鏡，所述外框和內(nèi)框間用上下兩個(gè)I轉(zhuǎn)軸連接，反射鏡和內(nèi)框間用左右兩個(gè)X轉(zhuǎn)軸連接，反射鏡鏡面鍍有高反射率鋁膜，所述防水式MEMS 二維掃描振鏡與所述系統(tǒng)控制主機(jī)信號(hào)連通，在所述系統(tǒng)控制主機(jī)發(fā)出的正弦電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，內(nèi)部線圈或電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與反射鏡背面的永磁鐵產(chǎn)生相互的電磁力，所述防水式MEMS 二維掃描振鏡的反射鏡鏡面周期性轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)所述防水式MEMS 二維掃描振鏡反射至樣品表面的脈沖光的焦點(diǎn)隨之移動(dòng)，對(duì)樣品表面進(jìn)行二維掃描。
[0009]優(yōu)選地，所述反射式光聲顯微成像系統(tǒng)還包括準(zhǔn)直透鏡，所述準(zhǔn)直透鏡置于所述聚焦透鏡和所述反射式顯微物鏡之間，所述準(zhǔn)直透鏡用于將經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后的脈沖光準(zhǔn)直后入射至所述反射式顯微物鏡。
[0010]優(yōu)選地，所述反射式光聲顯微成像系統(tǒng)還包括針孔，所述針孔置于所述聚焦透鏡和所述準(zhǔn)直透鏡之間，所述針孔用于將經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后的脈沖光進(jìn)行空間濾波整形提高光束質(zhì)量，整形后的光束再經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡。
[0011]優(yōu)選地，所述反射式光聲顯微成像系統(tǒng)還包括反射元件，所述反射元件用于將經(jīng)所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的脈沖光反射至所述反射式顯微物鏡。
[0012]優(yōu)選地，所述反射式光聲顯微成像系統(tǒng)還包括校正透鏡，所述校正透鏡置于所述反射式顯微物鏡與所述防水式掃描振鏡之間，所述校正透鏡的一部分置于所述水箱中，其余部分在所述水箱外，校正透鏡與水箱之間用防水膠固定連接。
[0013]優(yōu)選地，所述光聲換能器面向所述防水式掃描振鏡，通過(guò)膠粘固定于所述校正透鏡的表面。
[0014]優(yōu)選地，所述的超聲換能器為聚焦型超聲換能器。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用反射式顯微物鏡進(jìn)行脈沖光的聚焦，相對(duì)于普通物鏡而言，反射式物鏡的消色差特性更為出色，在較大的數(shù)值孔徑的情況下仍然具有較長(zhǎng)的工作距離，因此，既能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米級(jí)別的空間橫向分辨率，又為掃描振鏡提供了足夠的工作距離；本發(fā)明采用反射式的結(jié)構(gòu)來(lái)接收信號(hào)，不同于現(xiàn)有的透射式系統(tǒng)局限于針對(duì)較薄樣本進(jìn)行成像，反射性系統(tǒng)具備對(duì)較厚的樣本和活體動(dòng)物的成像能力，大大拓展了應(yīng)用范圍；本發(fā)明由于使用了防水式MEMS 二維掃描振鏡，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)同一掃描點(diǎn)的光-聲共焦掃描和信號(hào)接收，從而在更大的視場(chǎng)范圍內(nèi)極大地提高了圖像的信噪比，根據(jù)軟件仿真結(jié)果，共焦情況下比不共焦情況下的信噪比增強(qiáng)為約14dB (5倍)，因此有效地增加成像的視場(chǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種反射式光聲顯微成像系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖2是反射式顯微物鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是防水式MEMS 二維掃描振鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記:導(dǎo)線00，脈沖光01，光聲信號(hào)02，脈沖激光器1，聚焦透鏡2，針孔3，準(zhǔn)直透鏡4，反射元件5，反射式顯微物鏡6，主反射鏡61，次級(jí)反射鏡62，校正透鏡7，防水式MEMS 二維掃描振鏡8，外框80，內(nèi)框81，反射鏡82，y轉(zhuǎn)軸83，x轉(zhuǎn)軸84，超聲換能器12，放大器13，數(shù)據(jù)采集卡14，系統(tǒng)控制主機(jī)15，圖像顯示器16，水箱9，樣品臺(tái)10，樣品11。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。所描述的實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受限于此，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例基于圖1所示的反射式光聲顯微成像系統(tǒng)，包括脈沖激光器1、聚焦透鏡2、針孔3、準(zhǔn)直透鏡4、反射元件5、反射式顯微物鏡6、校正透鏡7、防水式MEMS 二維掃描振鏡8、超聲換能器12、放大器13、數(shù)據(jù)采集卡14、系統(tǒng)控制主機(jī)15、圖像顯示器16、水箱9和樣品臺(tái)10。
[00