[发明专利]关联层析方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像，特别是一种关联层析方法和装置。

背景技术

时间反演超声辅助光学聚焦方法首次实现了动态、无损地汇聚光到生物软组织内。用该方法进行生物组织内的光学层析也受到了广泛的关注，一些文章和专利披露了相关的研究工作进展。在此我们以专利US8450674B2“Acoustic assisted phase conjugate optical tomography(超声辅助位相共轭光学层析)”为例简要分析一下现有技术方案存在的问题。

专利US8450674B2披露了一种对内部埋藏有一个或多个荧光媒介的样品进行层析的光学显微镜方法和系统，该系统的特征在于，包含一个被测样品和一台激光器，激光器发出的激光照射到样品上；一个超声源，超声源向样品发射超声并在其内部形成一个超声焦点，在此焦点处，超声会调制穿过的光的频率，从而产生一个频率调制过的光束；一个数字位相共轭镜，可以反射从激光器发出的参考光束而产生频率调制光波的位相共轭波前；还有一个探测器，用于探测共轭波前汇聚到样品内而激发的荧光信号进行成像。该发明的基本结构和原理如图1所示。入射激光401(例如，Crystal Laser Rubicon,波长532nm,脉宽20ns,重复频率1kHz，又或者是SpectraPhysics Navigator,波长范围532-533nm,当波长选择532nm时,脉宽7ns,重复频率20kHz)照射到样品1上。样品是由两层生物组织模体102夹着荧光目标物体101(例如，一种荧光燃料，激发/发射峰是532/554nm)组成。同时，脉冲超声(例如，焦斑宽100微米)发射到样品1上，调节荧光物质到超声焦点201处。脉冲转换器204(例如，Olympus V313-SM,15MHz,或者Olympus V3330,50MHz)由函数发生器202和信号放大器203驱动，PC计算机控制激光脉冲和超声脉冲的同步以及数字式位相共轭镜3对波前的记录和反演。位相共轭波前聚焦到超声焦点而激发出的荧光405从样品出射，出射光经过滤波收集到达探测器5，给出采集信号。其中，数字式位相共轭镜的基本结构如图2所示。

从样品出射的散射波前403和从激光器出射光束分离出来的一束参考光束406在CCD上形成稳定的干涉图案，读取干涉图案并计算提取散射波前。空间光调制器(spatial light modulator，简称为SLM)与电荷耦合元件相机(charge-coupled device，简称为CCD)之间满足严格的镜像对称，调节SLM的像素使之和计算得到的CCD上的波前分布同样满足镜像对称。空白光照射SLM，反射波前404就是光学位相共轭输出。

这一方法可以突破散射限制，在生物软组织的弥散区域内进行光学成像，并且成像深度动态可调，无损伤，可以实现生物软组织内的荧光成像。存在的问题是成像的分辨率是超声分辨率。

专利US8450674B2的核心技术是时间反演超声调制光学聚焦((Honglin Liu*,Xiao Xu*)and Lihong V.Wang.Time-reversed ultrasonically encoded optical focusing into turbid media.Nature Photonics,5,154-157(2011).)，即利用超声调制散射光的频率，在超声的焦点位置创造一个频率调制光的虚拟源，在样品外记录该虚拟源所发出的散射光的波前，位相共轭散射波前回到虚拟源位置实现了光在散射体内的聚焦。专利US8450674B2把这一技术应用到对软组织内的荧光团物质进行成像。显然，时间反演超声调制光学聚焦技术对虚拟源和位相共轭镜之间的频率调制光的散射过程可以追溯而使之透明化。但从虚拟源再出射时，光又将经历一个随机散射过程，丢失所携带的位置信息，从而失去定位功能，只能给出荧光的强度信息，且分辨率由超声焦点决定。必须扫描超声焦点记录对应的荧光强度，扫描强度的变化中反映了结构和/或成分的变化。