一种生物组织光声共聚焦显微成像装置及方法[0002]光声成像技术是近年来发展迅速的一项新型医学影像技术，是采用“光激发声探测图像重建”的方法进行成像。它利品用样品的内源性的光学吸收特性进行成像，因此能获得组织样品的结构图像和功能图像，同时也能获得光学能量沉积的三维分布。作为一种非侵害性的成像技术，光声成像既具备了光学成像技术的高分辨率、高对比度的特性，同时，也具备了学成像技术的穿透深度高的特点。[0003]现有光学成像技术如荧光显微镜、光学层析成像等手段具有高空间分辨率的特点，但无法进行深度的生物组织成像。光声成像通过将入射生物组织的光子转化为声波，同时保持高分辨率和高穿透深度。现有光声成像技术的图像分辨率差、对比度低，本发明通过将声学探测器的聚焦点和光学焦距点相结合的方法可极大提高光声信号接收效率和图像对比度。
[0004]发明目的 为解决生物组织如皮下血管、肿瘤、动物器官等在离焦情况下光声显微成像分辨率低、对比度低的问题，本发明提供一种光和声共同聚焦的显微成像系统，以提高探测灵敏度和图像信噪比，获得清晰三维图像。[0005]技术方案 一种生物组织光声共聚焦显微成像装置，主要由成像装置、信号采集装置和控制装置组成，其特征在于:成像装置与信号采集装置均连接控制装置，成像装置连接信号采集装置；成像装置包括激光器、反射镜、锥形透镜、超声探测器、光学聚光器和水槽；激光器的外部对应激光出射方向处设有反射镜，反射镜下方设有锥形透镜，锥形透镜下方的水槽内部上方设置有超声探测器，超声探测器的两侧均设有光学聚光器。
[0006]所述控制装置由计算机、步进电机和二维平动平台构成，步进电机设置在计算机与二维平动平台中间，一端连接计算机，另一端连接二维平动平台；成像装置的反射镜、锥形透镜、超声探测器和光学聚光器安置在二维平动平台上。
[0007]信号采集装置为放大器，成像装置的超声探测器通过放大器连接控制装置的计算机。
[0008]一种如上所述的生物组织光声共聚焦显微成像装置的成像方法，其特征在于:该方法具体如下:
激光器发出的激光通过反射镜射向锥形透镜，经锥形透镜变成环状光斑，光斑照射到光学聚光器的边缘，经过水槽内的介质水聚焦到指定位置，即样品上；同时，超声探测器的声聚焦点调节和光聚焦点重合的位置，从而共同聚焦探测光声信号。
[0009] 优点及效果
本发明这种生物组织光声共聚焦显微成像装置具有如下优点和有益效果:
(1)二维移动平台同时移动声探测器和光斑进行扫描，每一像素点扫描信号包含深度信息，沿一条线多点扫描可形成一个B扫描图像；依次重复多次B扫描可形成三维图像；
(2)环状光经过光学聚焦器斜照射到皮肤上在皮肤稍下位置聚焦，可避免皮肤表面产生的光声信号而加强皮下血管等目标产生的信号；
(3)通过光学聚焦和声学探测聚焦点相重合的方式可最大化探测声信号，增加信噪比和图像对比度。



[0010]图1为本发明主体结构示意图；
图2为成像对比示意图，图2 (a)为普通成像示意图，图2 (b)为本发明装置的成像示意图。
[0011]附图标记说明:
1、激光器，2、反射镜,3、锥形透镜,4、超声探测器,5、光学聚光器,6、水槽,7、放大器,8、二维平动平台。

[0012]下面结合附图对本发明做进一步的说明:
本发明提出了一种生物组织光声共聚焦显微成像装置，如图1中所示，主要由成像装置、信号采集装置和控制装置组成，其特征在于:成像装置与信号采集装置均连接控制装置，成像装置连接信号采集装置；成像装置包括激光器1、反射镜2、锥形透镜3、超声探测器
4、光学聚光器5和水槽6 ;激光器I的外部对应激光出射方向处设有反射镜2，反射镜2下方设有锥形透镜3，锥形透镜3下方的水槽6内部上方设置有超声探测器4，超声探测器4的两侧均设有光学聚光器5。
[0013]所述控制装置由计算机、步进电机和二维平动平台8构成，步进电机设置在计算机与二维平动平台中间，一端连接计算机，另一端连接二维平动平台，通过计算机控制步进电机和二维平动平台的移动；成像装置的反射镜2、锥形透镜3、超声探测器4和光学聚光器5安置在二维平动平台8上(即图中虚线的部分)。
[0014]上述信号采集装置为放大器7，成像装置的超声探测器4通过放大器7连接控制装置的计算机，放大器7为超声信号放大器，其两端分别为输入与输出信号，一端连接超声探测器4，另一端连接计算机。
[0015]激光器I发出的激光触发计算机里面的数据采集卡采集并储存数据。超声探测器4出来的光声信号被放大器放大，然后被传输到计算机中储存起来。
[0016]激光波长一般采用近红外波长如700 nm以达到深层组织成像。
[0017]一种如上所述的生物组织光声共聚焦显微成像装置的成像方法，该方法具体如下:
激光器I发出的激光通过反射镜2射向锥形透镜3，经锥形透镜3变成环状光斑，光斑照射到光学聚光器5的边缘，经过水槽6内的介质水聚焦到指定位置，即样品上；同时，超声探测器4的声聚焦点调节和光聚焦点(图中白鼠上)重合的位置，从而共同聚焦探测光声信号。
[0018]本发明的工作原理如下:
超声探测器在其聚焦区域具有良好的灵敏度，通过调节超声探测器的声聚焦点和激光聚焦点重合的位置，即共同聚焦探测光声信号获得高信噪比信号。 [0019]本发明这种生物组织光声共聚焦显微成像装置工作时:
激光器光源发出的激光通过反射镜射向锥形透镜，经锥形透镜变成环状光斑，光斑照射到光学聚光器的边缘，经过介质水聚焦到指定位置，即样品上会产生光声信号，通过旋转平台带动探测器逐点扫描便可形成一幅光声图像。图2所示为光声成像对比示意图，其中图2 (a)为普通成像示意图(患者肿瘤皮下组织)，图2 (b)为本发明这种生物组织光声共聚焦显微成像装置的成像示意图(肿瘤皮下组织)，从图2中可以看出二者成像效果差异显著。