CN101782506B - 共焦—光声双模显微成像方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种共焦—光声双模显微成像方法，包括：第一步、对观察物体进行共焦显微成像，并对观察物体进行光声扫描成像；第二步、通过双模图像对比，获得生物组织的功能图像。本发明还涉及一种共焦—光声双模显微成像装置，由共焦显微成像系统和光声扫描成像系统构成，所述共焦显微成像系统主要由激光器、激光扫描振镜、针孔、光电倍增管构成；光声扫描成像系统由光声传感器、斩波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机依次电气连接构成；本发明可对细胞进行共焦和光声双模显微成像，获得细胞的结构信息、细胞的成份空间分布信息和功能信息。细胞物质成份的动态分布信息。
Description
技术领域
本发明涉及显微成像领域中的共焦显微成像和光声显微成像新技术，具体是一种共焦—光声双模显微成像方法及其装置。
背景技术
共焦显微成像技术具有很高的空间分辨率和特有的层析成像能力，因而在生物医学研究、三维高密度存储以及三维微细加工等领域具有广泛的应用，并取得了许多突破性进展，特别是在生物医学研究领域，可以实现对活细胞、细胞组织甚至生物大分子等微小物体进行动态的高分辨率三维成像，已成为生物医学研究领域非常有效的研究手段。然而，共焦显微成像技术是采用物体的散射光或荧光进行成像，它获得的仪仅是被观察物体的结构图像，无法获得细胞或生物大分子的功能图像。而光声成像技术是利用光声信号进行成像，由于光声信号与生物组织的光学、热学和声学特性有关，因此光声信号所携带的信息量远远多于散射光和荧光所携带的信息量，可以获得生物组织的生物学行为((如生长、凋亡、代谢、病变、突变等)特征信息，从而实现生物功能成像。然而，由于目前光声成像技术的分辨率还比较低，只能达到10微米的分辨率，无法观察细胞水平的结构图像。
发明内容
本发明的目的是提供一种能同时进行共焦显微成像和光声显微成像的共焦—光声双模显微成像方法，对细胞同时进行共焦显微成像和光声显微成像。
本发明的目的还在于提供一种能对细胞同时进行共焦显微成像和光声显微成像的共焦—光声双模显微成像装置。
本发明的共焦—光声双模显微成像方法，包括以下步骤：
第一步、对观察物体进行共焦显微成像，并对观察物体进行光声扫描成像；
第二步、通过双模图像对比，获得生物组织的功能图像。
第一步中的共焦显微成像包括：激光器(1)发出的激光，通过斩波器(2)进行调制，然后通过半透半反镜(3)进入扫描振镜(4)进行二维扫描，再由显微物镜(5)聚焦到样品(6)的表面，样品(6)产生的散射光和荧光由物镜(5)收集，经过半透半反镜(3)反射后被聚焦镜(7)聚焦到针孔(8)，透过针孔(8)的散射光和荧光由光电倍增管(9)进行探测，光电倍增管(9)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建，实现共焦显微成像。
第一步中的光声扫描成像包括：样品(6)所产生的光声信号，由光声传感器(13)进行探测，光声传感器(13)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建。
第一步中对观察物体进行共焦显微成像和光声扫描成像同时进行或差时进行。
如图1所示，本发明的共焦—光声双模显微成像装置，由共焦显微成像系统和光声扫描成像系统构成，所述共焦显微成像系统由激光器、激光扫描振镜、针孔、光电倍增管和显微镜支架构成，激光扫描振镜、针孔和光电倍增管安装在显微镜支架上；中的激光器1发出的激光，通过斩波器2进行调制，然后通过半透半反镜3进入扫描振镜4进行二维扫描，再由显微物镜5聚焦到样品6的表面，样品6产生的散射光和荧光由物镜5收集，经过半透半反镜3反射后破聚焦镜7聚焦到针孔8，透过针孔8的散射光和荧光由光电倍增管9进行探测，光电倍增管9的输出信号经过锁相放大器10放大和处理后，输送到采集卡11进行数据采集，再由计算机12进行存储和图像重建，实现共焦显微成像；
光声扫描成像系统由光声传感器、斩波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机依次电气连接构成；样品6所产生的光声信号，由光声传感器13进行探测，光声传感器13的输出信号经过锁相放大器10放大和处理后，输送到采集卡11进行数据采集，再由计算机12进行存储和图像重建。首先采用显微物镜聚焦结合光束扫描光声成像技术，实现高分辨率的光声显微成像，分辨率小于1微米，然后采用共焦--光声双模成像技术，实现对观察物体同时进行共焦显微成像和光声显微成像，并通过双模图像对比，从而获得生物组织的功能图像。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、可以对细胞同时进行共焦和光声双模显微成像，共焦显微成像可以获得细胞的结构信息，光声显微成像可以获得细胞的物质成份信息，因此通过双模显微成像，可以获得细胞的成份空间分布信息和功能信息。
2、可以对细胞进行差时的共焦和光声双模显微成像，获得细胞物质成份的动态分布信息。由于光声显微成像比共焦显微成像延时一段时间，因此通过差时双模显微成像，可以获得细胞物质成份的动态分布信息。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图
图中：1是激光器，2是斩波器，3是半透半反镜，4是光学扫描振镜，5是显微物镜，6是样品，7是聚焦镜，8是针孔，9是光电倍增管，10是锁相放大器，11是采集卡，12是计算机，13是光声传感器
图2是贫血病人血红细胞的光学显微图像；
图3是另一贫血病人血红细胞的光声显微图像；
图4是正常人血红细胞的光声显微图像。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的叙述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的工作过程如下：
如图1所示，激光器1发出的激光，通过斩波器2进行调制，然后通过半透半反镜3进入扫描振镜4进行二维扫描，再由显微物镜5聚焦到样品6的表面，样品6产生的散射光和荧光由物镜5收集，经过半透半反镜3反射后被聚焦镜7聚焦到针孔8，透过针孔8的散射光和荧光由光电倍增管9进行探测，光电倍增管9的输出信号经过锁相放大器10放大和处理后，输送到采集卡11进行数据采集，再由计算机12进行存储和图像重建，实现共焦显微成像。同时，样品6所产生的光声信号，由光声传感器13进行探测，光声传感器13的输出信号经过锁相放大器10放大和处理后，输送到采集卡11进行数据采集，再由计算机12进行存储和图像重建，这样就实现了对观察物体同时进行共焦显微成像和光声显微成像的双模成像。实验结果如图2、3、4所示，结果显示：贫血病人的血红细胞光声图像与正常人的血红细胞光声图像存在显著差异。
Claims (3)
1.一种共焦-光声双模显微成像方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、对观察物体进行共焦显微成像，并对观察物体进行光声扫描成像；
第二步、通过双模图像对比，获得生物组织的功能图像；
第一步中的共焦显微成像包括：激光器(1)发出的激光，通过斩波器(2)进行调制，然后通过半透半反镜(3)进入扫描振镜(4)进行二维扫描，再由显微物镜(5)聚焦到样品(6)的表面，样品(6)产生的散射光和荧光由物镜(5)收集，经过半透半反镜(3)反射后被聚焦镜(7)聚焦到针孔(8)，透过针孔(8)的散射光和荧光由光电倍增管(9)进行探测，光电倍增管(9)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建，实现共焦显微成像；
第一步中的光声扫描成像包括：样品(6)所产生的光声信号，由光声传感器(13)进行探测，光声传感器(13)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中对观察物体进行共焦显微成像和光声扫描成像同时进行或差时进行。
3.一种共焦-光声双模显微成像装置，其特征在于由共焦显微成像系统和光声扫描成像系统构成，所述共焦显微成像系统主要由激光器、激光扫描振镜、针孔、光电倍增管构成；激光器(1)发出的激光，通过斩波器(2)进行调制，然后通过半透半反镜(3)进入扫描振镜(4)进行二维扫描，再由显微物镜(5)聚焦到样品(6)的表面，样品(6)产生的散射光和荧光由物镜(5)收集，经过半透半反镜(3)反射后被聚焦镜(7)聚焦到针孔(8)，透过针孔(8)的散射光和荧光由光电倍增管(9)进行探测，光电倍增管(9)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建，实现共焦显微成像；
光声扫描成像系统由光声传感器、斩波器、锁相放大器、数据采集卡和计算机依次电气连接构成；样品(6)所产生的光声信号，由光声传感器(13)进行探测，光声传感器(13)的输出信号经过锁相放大器(10)放大和处理后，输送到采集卡(11)进行数据采集，再由计算机(12)进行存储和图像重建。
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