一种共焦光声显微镜系统包括配置成发射光脉冲的激光器、配置成接收光脉冲并且将光脉冲聚焦至对象内的区域中的聚焦组件、配置成接收由对象响应于光脉冲而发射的声波的超声换能器和配置成处理声波并且产生在对象内的区域的图像的电子系统。聚焦组件进一步配置成采用这样的方式将光脉冲聚焦在对象上使得聚焦组件的焦点与至少一个超声换能器的焦点一致。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域大体上涉及无创成像(noninvasive imaging)，并且更加具体地，涉 及使用共焦光声成像对对象的区域成像。
技术介绍
对活体内毛细血管(最小的血管)进行无创成像的能力长期以来为生物学家所期 望，至少因为它提供在显微水平上研究基本生理现象(例如神经血管耦合)的窗口。然而， 现有的成像形态不能同时提供足以对毛细血管无创成像的灵敏度、对比度和空间分辨率。
技术实现思路
在一个方面，提供用于对散射介质无创成像的方法。该方法包括使用聚焦组件将 光脉冲聚焦至对象内的预定区域中，并且将光声信号变换为声波，其中光声信号由对象响 应于光脉冲而发射。该方法还包括使用换能器(其放置成使得换能器和聚焦组件是共轴并 且共焦的)来探测声波，并且基于由换能器产生的代表声波的信号而形成对象内的预定区 域的图像。在另一个方面，提供共焦光声成像设备。该设备包括配置成接收光脉冲并且将光 脉冲聚焦至对象内区域中的聚焦组件、配置成接收由对象响应于光脉冲所发射的声波的换 能器，其中换能器放置成使得换能器和聚焦组件是共轴的。该设备还包括配置成记录和处 理接收到的声波的处理器。在另一个方面，提供共焦光声显微镜系统，其包括配置成发射光脉冲的激光器、配 置成接收至少一个光脉冲和将光脉冲聚焦至对象内区域中的聚焦组件、配置成接收由对象 响应于光脉冲所发射的声波的超声换能器和配置成处理声波并且产生对象内区域的图像 的电子系统。聚焦组件还配置成采用这样的方式将光脉冲聚焦在对象上，使得聚焦组件的 焦点与超声换能器的焦点一致。附图说明本专利技术的方面可通过与附图结合参考下列说明更好地理解。图1是可与成像系统一起使用的光声传感器的图。图2是使用共焦光声显微镜的系统的框图。图3是可与图2中示出的成像系统一起使用的光声传感器的图。图4是可与图2中示出的成像系统一起使用的备选光声传感器的图。图5是可与图2中示出的成像系统一起使用的第二备选光声传感器的图。图6是可与图2中示出的成像系统一起使用的第三备选光声传感器的示意图。图7是可与图2中示出的成像系统一起使用的第四备选光声传感器的示意图。图8是可与图2中示出的成像系统一起使用的第五备选光声传感器的图。图9是可与图2中示出的成像系统一起使用的第六备选光声传感器的示意图。图10是可与图2中示出的成像系统一起使用的第七备选光声传感器的示意图。图11是可与图2中示出的成像系统一起使用的第八光声传感器的示意图。图12A-12C是代表由成像系统使用浸入清液的分辨率测试目标的横向分辨率测 量的图像。图13A和13B是代表由成像系统的成像深度的测量的图像。图14A和14B是由成像系统的微脉管系统的光声图像。图14C是由透射显微镜拍摄的图14A和14B的微脉管系统的照片。图15A和15B是在高强度激光处理前和后所采集的最大振幅投影(MAP)图像。图16A是使用成像系统捕获的毛细血管床的活体内图像(in vivo image)。图16B是使用成像系统捕获的多级血管分叉(blood vessel bifurcation)的活 体内图像。具体实施例方式尽管本专利技术的各种实施例的做出和使用在下文详细论述，应该意识到目前描述的 实施例提供可在许多种上下文中体现的许多可应用专利技术性概念。本文论述的实施例仅是示 范性方式的说明性的以做出和使用本专利技术的实施例并且不限制本专利技术的范围。为了便于目前描述的实施例的理解，许多术语在下文限定。本文限定的术语具有 如由与本专利技术的方面相关领域内普通技术人员通常理解的含义。例如“一”、“一个”、“该” 和“所述”等术语不意在仅指单数实体，而包括一般种类，其具体示例可用于说明，并且意在 表示有元件中的一个或多个的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意为包括性的并且表 示除列出的元件之外可有另外的元件。在本文图示和描述的本专利技术的实施例中的操作的执行或实行的顺序不是必需的 (除非另外规定)。即，操作可按任何顺序实行(除非另外规定)，并且本专利技术的实施例除本 文公开的那些之外可包括另外的或比其更少的操作。例如，设想特定操作在另一个操作之 前、同时或之后被执行或实行在本专利技术的方面的范围内。本文的术语用于描述本专利技术的实施例，但它们的使用不限制本专利技术。在本专利技术的实施例中，本文使用的术语遵循由美国光学学会(Optical Society of America) (0CIS章程)推荐的定义。在本专利技术的实施例中，术语“光声显微镜法”包括但不限于探测由材料(例如但不 限于生物组织等)的体积中的光吸收产生并且传播到材料表面的压力波的光声成像技术。 光声显微镜法包括但不限于用于通过探测从处于研究的对象传递的声和/或压力波而获 得材料的光学对比度的图像的方法。此外，术语“光声显微镜法”包括但不限于仍然在对象 内的压力波的探测。在本专利技术的实施例中，术语“光声断层摄影术(photoacoustic tomography) ”包括 但不限于探测由材料(例如但不限于生物组织等)的体积中的光吸收产生并且传播到材料表面的声和/或压力波的光声成像技术。在本专利技术的实施例中，术语“压电探测器”包括但不限于利用当受到压力波的晶体 内的体积变化时产生电荷的原理的声波探测器。在本专利技术的实施例中，术语“反射模式”和“透射模式”包括但不限于激光光声显 微镜系统，其使用从产生波的体积分别透射至被光学辐照的表面和在与被辐照的表面相对 的或大致上与被辐照的表面不同的表面的声和/或压力波的探测。在本专利技术的实施例中，术语“时间分辨探测”包括但不限于具有足以重建压力波轮 廓的时间分辨率的压力波的时间历史的记录。在本专利技术的实施例中，术语“换能器阵列”包括但不限于超声换能器的阵列。在本专利技术的实施例中，术语“聚焦超声探测器”、“聚焦超声换能器”和“聚焦压电换 能器”包括但不限于具有半球形表面的弧形超声换能器或具有附连声学透镜的平面超声换 能器或电子聚焦超声阵列换能器。在本专利技术的实施例中，术语“衍射限制聚焦(diffraction-limited focus)”包括 但不限于在由衍射施加的限制内的光的最佳可能的聚焦。在本专利技术的实施例中，术语“共焦(confocal) ”包括但不限于当照射系统的焦点与 探测系统的焦点一致时的情况。本文描述的实施例涉及对毛细血管无创成像。实施例中的一些涉及使用聚焦 光学照射和聚焦超声探测的显微镜光声成像。例如，实施例实行光学分辨率光声显微镜 (OR-PAM)，其便于基于内生(endogenous)光学吸收对比度提供5微米(μ m)的横向分辨率 和大于0.7毫米(mm)的最大成像深度。在老鼠耳朵中的健康的毛细血管网络和激光凝固 微脉管(microvessel)的活体内图像例如作为OR-PAM在生物医学研究中的应用的示例而 呈现。在实施例中，横向分辨率主要由光学焦点(optical focus)确定。紧密聚焦的光 学照射产生局部温度升高(由于光吸收)。温度升高导致热膨胀，其引起光声发射。光声发 射可由高频大数值孔径球状聚焦超声换能器(其与光聚焦系统共轴和共焦)探测。光声发 射还可由超声换能器阵列、相敏光学相干断层摄影术设备、激光光学干涉仪和/或电容性 表面位移传感器测量。通过将光聚焦到直径若干微米的焦斑，本专利技术的实施例显著提高生 物组织或其他光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于对散射介质无创成像的方法，所述方法包括：使用聚焦组件将至少一个光脉冲聚焦至对象内的预定区域中；将光声信号变换为声波，所述光声信号由所述对象响应于所述光脉冲而发射；使用至少一个换能器探测所述声波，所述换能器放置成使得所述换能器和所述聚焦组件是共轴且共焦的；以及基于所述换能器产生的代表所述声波的信号而形成所述对象内的所述预定区域的图像。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪立宏，K马斯洛夫，
申请(专利权)人：圣路易斯华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：US
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