[发明专利]便携一体化的光学分辨式光声显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种光声显微成像技术，特别是涉及一种便携一体化的光学分辨式光声显微镜。

背景技术

光声显微成像技术可实现几百微米到几十纳米级别的高分辨率探测影像，并且具有高光学对比度、无放射性损伤、使用安全便捷等优点，依据分辨率的决定因素，其可分为声学分辨和光学分辨模式。

声学分辨模式的光声显微成像技术是最先被开发出来的，其横向分辨率主要决定于聚焦超声传感器的主频，频率越高则分辨率越高，一般在几百微米到几个微米之间。但由于超高频成分的超声衰减越快，所以其成像深度被严重的制约了。2005年K. Maslov等报道了采用暗场辐射背向接收模式的声学分辨式光声显微镜（K. Maslov, G. Stoica and L. V. Wang, “In vivo dark-field reflection-mode photoacoustic microscopy,” Opt. Lett. 30(6), 625-627, 2005），其采用主频高达50MHz的聚焦超声传感器来接收光声信号，在3毫米的最大成像深度内可实现45微米的横向分辨率。

另外一种是光学分辨模式的光声显微成像技术，其横向分辨率主要决定于入射激光的聚焦焦点尺寸，直径越小则分辨率越高，理论上可接近于近光学衍射极限（或限制点），且其成像深度主要由被测样品的光学散射系数决定。2011年Wang等报道了采用快速扫描背向接收模式的光学分辨式光声显微镜（L. Wang, K. Maslov, J. Yao, B. Rao and L. V. Wang, “Fast voice-coil scanning optical-resolution photoacoustic microscopy,” Opt. Lett. 36(2), 139-141, 2011）；2012年Yuan等报道了采用二维激光振镜扫描的光学分辨式光声显微镜（Y. Yuan, Si Yang and D. Xing, “Optical-resolution photoacoustic microscopy based on two-dimensional scanning galvanometer,” Appl. Phys. Lett. 100, 023702, 2012）；但以上技术都采用较大功率的固体激光器作为光声激发源，而该类激光器通常拥有体积大、价格高、维护难等众多缺点，且难于实现系统的便携式和一体化设计，在实际应用中显然存在相当大的局限性。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种便携一体化的光声显微镜，它将小型、便宜、易维护的激光二极管应用到光声显微激发领域，并与超声传感器实现一体化设计，可实现便携式的光声显微成像系统。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种便携一体化的光学分辨式光声显微镜，包括激光二极管、准直透镜、聚焦透镜、保护镜、外壳、超声传感器、样品台、升降台、三维电动平移台、电机驱动电路、计算机、数据采集电路、信号预处理电路、时钟电路、驱动电源电路，其特征在于激光二极管发射出脉冲式或经调制后的连续式激光，经准直透镜准直后再由高数值孔径的聚焦透镜聚焦成直径在几十微米到几十纳米之间的焦点，然后依次经过保护镜和中空的超声传感器后聚焦焦点照射在被测样品上激发出光声信号；电机驱动电路驱动三维电动平移台通过带动外壳使激光焦点在样品上做激光扫描，即得到了多维光声场；超声传感器接收到光声信号，依次经过信号预处理电路、数据采集电路后被输入到计算机，再通过图像重建即可实现多维的光声显微成像，其显微成像的横向分辨率只决定于激光聚焦的焦点直径。

所述激光二极管、驱动电源电路、时钟电路依次导线连接；所述时钟电路与数据采集电路导线连接；所述超声传感器、信号预处理电路、数据采集电路、计算机依次导线连接；所述三维电动平移台、电机驱动电路、计算机依次导线连接；所述激光二极管、准直透镜、聚焦透镜、保护镜、超声传感器被安置于外壳内；所述外壳与三维电动平移台机械连接；所述升降台的上表面放置有样品台；所述超声传感器紧贴于被测样品表面。

根据阿贝衍射理论，所述光声显微镜的理论横向分辨率R为0.51λ／NA，即激光聚焦焦点的半极大全宽度直径，其中λ为激光的波长，NA为聚焦透镜的数值孔径。

所述超声传感器为单元探头或多元的线阵、弧阵、环阵或面阵探头，且具有中空结构。

所述激光二极管的辐射波长为紫外至红外范围里一个或多个波长。

所述准直透镜和聚焦透镜可分别由一块或多块透镜组合而成。