一種反射式光聲顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光聲成像技術領域，具體涉及一種亞微米級分辨率光聲顯微成像系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在一系列領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，即光聲計算層析成像系統(tǒng)、聲學分辨率光聲顯微系統(tǒng)和光學分辨率光聲顯微系統(tǒng)。其中，光學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到數(shù)微米乃至亞微米級別。
[0003]現(xiàn)有技術存在以下缺點:1、為了達到亞微米級別的分辨率，需要采用數(shù)值孔徑較高(>0.4)的高倍光學物鏡將入射光束聚焦為微小的光斑。然而，傳統(tǒng)的高數(shù)值孔徑物鏡對應著較短的工作距離(〈10mm)，空間上的限制使得用于接收信號的超聲換能器必須放置在與物鏡相對的一側(cè)才能工作，如果需要在物鏡后方增加掃描機構則會更進一步地壓縮原本有限的空間，因此傳統(tǒng)的方案只能實現(xiàn)對較薄成像樣本的離體透射式成像，無法滿足針對在體動物和較厚樣品的成像要求；2、為實現(xiàn)高速掃描成像，現(xiàn)有的方案一般采用掃描振鏡對反射進入物鏡前的光束進行快速掃描。然而由于掃描時的光學焦點沿著原焦平面移動，不再與超聲換能器的聲學焦點共焦重合，因此造成離焦處的信號探測效率下降，從而限制了有效成像區(qū)域面積(即視場)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，現(xiàn)有的方案一般采用精密位移平臺移動樣品或者成像探頭的方式進行圖像掃描后的拼接，然而這會限制成像速度，不利于針對動態(tài)變化的血液流速、氧飽和度等參數(shù)進行實時測量和監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]傳統(tǒng)的光聲成像裝置不能同時滿足以下這些特性:既快速實時掃描，又保證亞微米級的空間分辨率和較大的(毫米級寬度)成像視場，并且具有針對活體動物進行光聲成像的能力。
[0005]為了同時實現(xiàn)這些特性，改進光聲成像的質(zhì)量，本實用新型提供了一種反射式光聲成像系統(tǒng)。本實用新型的技術方案如下:
[0006]—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、圖像顯示器、水箱和樣品臺，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，所述超聲信號經(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，所述電信號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)控制主機均信號連通，所述數(shù)據(jù)采集卡將放大后的電信號采集到系統(tǒng)控制主機，所述系統(tǒng)控制主機安裝有采集控制及信號處理系統(tǒng)，并可將處理結果輸出至圖像顯示器顯示。
[0007]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反射鏡，主反射鏡位于反射式顯微物鏡的出射口處，次級反射鏡位于腔內(nèi)前半部分，且呈中心開孔的圓環(huán)狀。
[0008]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。
[0009]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1轉(zhuǎn)軸連接，反射鏡和內(nèi)框間用左右兩個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)控制主機信號連通，在所述系統(tǒng)控制主機發(fā)出的正弦電信號的驅(qū)動下，內(nèi)部線圈或電磁鐵產(chǎn)生的磁場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，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隨之移動，對樣品表面進行二維掃描。
[0010]優(yōu)選地，所述反射式光聲顯微成像系統(tǒng)還包括準直透鏡，所述準直透鏡置于所述聚焦透鏡和所述反射式顯微物鏡之間，所述準直透鏡用于將經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后的脈沖光準直后入射至所述反射式顯微物鏡。
[0011]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行空間濾波整形提高光束質(zhì)量，整形后的光束再經(jīng)過所述準直透鏡。
[0012]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)所述準直透鏡準直后的脈沖光反射至所述反射式顯微物鏡。
[0013]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。
[0014]優(yōu)選地，所述光聲換能器面向所述防水式掃描振鏡，通過膠粘固定于所述校正透鏡的表面。
[0015]優(yōu)選地，所述的超聲換能器為聚焦型超聲換能器。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型采用反射式顯微物鏡進行脈沖光的聚焦，相對于普通物鏡而言，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的工作距離，因此，既能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米級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；本實用新型采用反射式的結構來接收信號，不同于現(xiàn)有的透射式系統(tǒng)局限于針對較薄樣本進行成像，反射性系統(tǒng)具備對較厚的樣本和活體動物的成像能力，大大拓展了應用范圍；本實用新型由于使用了防水式MEMS 二維掃描振鏡，實現(xiàn)了針對同一掃描點的光-聲共焦掃描和信號接收，從而在更大的視場范圍內(nèi)極大地提高了圖像的信噪比，根據(jù)軟件仿真結果，共焦情況下比不共焦情況下的信噪比增強為約14dB (5倍)，因此有效地增加成像的視場。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型一種反射式光聲顯微成像系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖2是反射式顯微物鏡的結構示意圖。
[0019]圖3是防水式MEMS 二維掃描振鏡結構示意圖。
[0020]附圖標記:導線00，脈沖光01，光聲信號02，脈沖激光器1，聚焦透鏡2，針孔3，準直透鏡4，反射元件5，反射式顯微物鏡6，主反射鏡61，次級反射鏡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15，圖像顯示器16，水箱9，樣品臺10，樣品11。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。所描述的實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受限于此，基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]本實用新型實施例基于圖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15、圖像顯示器16、水箱9和樣品臺10。