CN104677831A - 分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法，其基于具有大工作距、高轴向分辨力和抗杂散光干扰的分光瞳差动共焦显微成像系统，将分光瞳差动共焦显微成像系统与光声成像系统的结构与功能有机融合，利用分光瞳差动共焦显微成像系统探测生物样品的空间结构信息，利用光声显微成像系统探测生物样品的功能信息，继而实现生物样品空间结构信息和功能信息的同时探测，以期对生物活体进行原位、无创的实时成像。分光瞳差动共焦技术的采用使分光瞳差动共焦光声显微成像装置的轴向分辨力和工作距得以有效兼顾，可抑制高散射样品焦面杂散光对成像质量的干扰，系统信噪比高，便于分光瞳差动共焦-光声显微成像装置的集成化设计。

Description

分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法

技术领域

本发明涉及一种分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法，属于共焦显微成像技术和光声显微成像技术领域。

技术背景

共焦显微成像技术由于具有光学领域独特的层析成像能力和高空间分辨能力，而被作为重要的技术手段在生物医学研究、物理化学研究、材料测试、微纳测试等领域得到广泛的应用。但是，现有共焦显微成像技术主要采用物体的散射光或荧光来进行成像，它获得的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，同时共焦显微成像的层析深度仅达亚毫米量级。

光声成像是基于光声信号以被测对象的光学吸收特性为对比机制来进行成像，由于光声信号与生物组织的光学、热学和声学特性有关，因而光声信号所携带的信息量远多于共焦显微成像中散射光和荧光所携带的信息量，因此，光声成像可实现生物功能的成像，即可获得生物组织的化学组分及生物学行为(如生长、凋亡、代谢、病变、突变等)特征信息，同时光声成像的层析深度可达厘米量级。但是，光声成像的分辨力仅达10微米，它无法实现细胞水平的结构图像。

若将上述两种成像技术结合在一起，便能利用共焦显微成像和光声成像各自的技术优点对生物组织进行光声和共焦互补成像，可获取组织或细胞的更多的信息，同时可通过共焦聚焦提高横向分辨力，通过超声时间探测进一步拓展层析成像深度。

基于上述情况，本发明提出一种具有大工作距和高轴向分辨力的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置与方法，以期利用生物体后向散射光子来对生物活体进行原位、无创的实时成像。

本发明将分光瞳差动共焦显微成像系统与光声成像系统的结构与功能有机融合，利用共焦显微成像系统探测被测对象的成分空间信息，利用光声显微成像系统探测被测对象的成分功能信息，继而实现被测对象成分空间信息和功能信息的同时探测。

分光瞳差动共焦显微成像系统的采用使共焦-光声显微成像装置在不降低系统轴向分辨力的前提下大幅增大工作距，便于光学与光声成像系统的集成，抑制高散射被测对象焦面杂散光对共焦显微成像质量的干扰。

发明内容

本发明的目的是设计一种分光瞳差动共焦-光声显微成像装置及方法，以期同时获得被测对象成分空间信息和功能信息。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，包括点光源系统，依次放置在点光源系统出射方向的离轴放置的准直透镜、对称光轴放置的光学-光声共焦点耦合系统和被测对象，还包括放置在被测对象背向散射方向来探测光声信号的超声换能器、离轴放置的用于收集背向散射光学信号的集光透镜，以及分割探测集光透镜焦面光强信号的分割焦斑差动探测系统。

本发明的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，光学-光声共焦点耦合系统可以包括对称光轴放置的中空测量物镜、镶嵌在中空测量物镜孔下端的声学透镜，且中空测量物镜与声学透镜的共焦点。

本发明的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，光学-光声共焦点耦合系统还可以包括沿光轴方向依次放置的测量物镜、超声换能器阵列和具有柱面声学透镜的波导，且测量物镜与具有柱面声学透镜的波导的共焦点。

本发明的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，分割焦斑差动探测系统可以包括用于放大集光透镜焦斑的中继放大透镜、位于中继放大透镜焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔，以及放在双孔针孔后用来分割探测放大艾里斑的第一微区与第二微区的第一光强探测器和第二光强探测器。

本发明分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，分割焦斑差动探测系统还可以包括用于放大集光透镜焦斑的中继放大透镜、位于中继放大透镜焦面上的用于分割探测放大艾里斑的第一微区和第二微区的CCD探测器。

本发明分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，分割焦斑差动探测系统还可以包括用于放大集光透镜焦斑的中继放大透镜、位于中继放大透镜焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔，以及放在双孔针孔后用来分割探测放大艾里斑的第一微区和第二微区的二象限光电探测器。

本发明分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，点光源还可以由脉冲激光器、放置在激光器出射方向的聚焦透镜和放置在聚焦透镜焦点处的针孔构成；脉冲激光器的波长、脉宽和重复频率可根据需要选择。

本发明的一种分光瞳差动共焦-光声显微成像方法，包括以下步骤：

步骤一、打开点光源系统，使点光源系统出射的光束经准直透镜和光学-光声共焦点耦合系统后聚焦到被测对象上来激发光声信号和光强信号；

步骤二、利用声学透镜和超声换能器来收集和探测光声信号，用于表征被测对象的生物功能信息；

步骤三、利用光学-光声共焦点耦合系统、集光透镜、中继放大透镜将被测对象的散射光聚焦在位于中继放大透镜焦面上的双孔针孔上，位于双孔针孔后的第一光强探测器和第二光强探测器各自探测对应针孔出射的放大艾里斑的第一微区和第二微区的第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号，再将第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号，用于表征被测对象的结构图像信息；

步骤四、计算机通过二维扫描振镜和轴向物镜扫描系统来控制聚焦光束对被测对象进行三维层析扫描，来对被测对象激发出的光声信号和光强信号进行三维实时层析探测成像；

步骤五、计算机对探测的被测对象的光声信号与光强信号数据进行融合处理，即可实现被测对象成分空间信息和功能信息的原位、无创成像。

本发明的分光瞳差动共焦-光声显微成像方法中，步骤三还可为：利用光学-光声共焦点耦合系统、集光透镜、中继放大透镜将被测对象的散射光聚焦在位于中继放大透镜焦面上的CCD探测器，计算机将CCD探测器探测面上的放大艾里斑分割为第一微区和第二微区并进行强度探测得到第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号，再将第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号，用于表征被测对象的结构图像信息；

本发明的分光瞳差动共焦-光声显微成像方法中，步骤三还可为：利用光学-光声共焦点耦合系统、集光透镜、中继放大透镜将被测对象的散射光聚焦在位于中继放大透镜焦面上的双孔针孔上，位于双孔针孔后的二象限光电探测器的两探测区分别探测对应针孔出射的放大艾里斑的第一微区和第二微区的第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号，再将第一离轴共焦信号和第二离轴共焦信号进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号，用于表征被测对象的结构图像信息。

有益效果

本发明对比已有技术，具有以下优点：

1)本发明基于斜入射的激光差动共焦显微成像系统，使激发光照射区域与超声探头检测区域相重合，用同一激发光源通过斜入射照射方式同时激发出光声和荧光信号，以期实现光声和荧光的同时双成像，可获得了单模式方式难以获得的信息；

2)斜入射的激光差动共焦成像技术，在不降低轴向分辨力的前提下，可大幅增加了成像系统的工作距，使共焦显微成像系统与光声成像系统在结构上更易于集成，便于生物活体成分结构信息和功能信息的原位、无创、实时成像；

3)在不引入高数值孔径的物镜的条件下，利用低数值孔径的物镜即可提高共焦系统的轴向分辨力，扩展了共焦显微系统的工作距离，更易于测量装置的实现小型化；

4)差动共焦探测方法的采用使测量系统具有绝对零点和双极性跟踪特性，线性量程范围宽，提高了层析精度的同时还可实现绝对测量；同时提高了系统的信噪比，可有效地抑制环境状态的差异、光源光强的波动、探测器电气漂移等引起的共模噪声；

5)斜入射的激光差动共焦成像技术可抑制焦面上生物被测对象杂散光对共焦显微成像质量的干扰等。

附图说明

图1.分光瞳差动共焦-光声显微成像装置；

图2.分光瞳差动共焦-光声显微成像装置；

图3.分光瞳差动共焦-光声显微成像装置；

图4.分光瞳差动共焦-光声显微成像装置实施例；

图5.分光瞳共焦显微结构示意图；

图6.分光瞳差动共焦显微与共焦显微成像轴向分辨力比较。

其中：1-点光源系统、2-准直透镜、3-光学-光声共焦点耦合系统、4-被测对象、5-中空测量物镜、6-声学透镜、7-分割焦斑差动探测系统、8-超声换能器、9-集光透镜、10-中继放大透镜、11-放大艾里斑、12-第一微区、13-第二微区、14-双孔针孔、15-第一光强探测器、16-第二光强探测器、17-第一离轴共焦信号、18-第二离轴共焦信号、19-分光瞳差动共焦信号、20-脉冲激光器、21-聚焦透镜、22-针孔、23-光纤出射点光源、24-CCD探测器、25-二象限光电探测器、26-测量物镜、27-具有柱面声学透镜的波导、28-超声换能器阵列、29-柱面声学透镜、30-超声信号探测电路系统、31-光强信号采集系统、32-计算机、33-二维扫描振镜、34-轴向物镜扫描系统、35-斜入射激发光束、36-斜出射被测对象散射光、37-照明光学系统点扩散函数(PSF)、38-收集光学系统PSF、39-系统合成PSF、40-仿真分光瞳差动共焦轴向特性曲线、41-仿真普通单轴共焦轴向特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明实施例基于图4所示的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，包括脉冲激光器20、聚焦透镜21和针孔22构成的点光源系统，依次放置在光束行进方向的准直透镜2、测量物镜26和被测对象4，依次放置在被测对象4背向散射方向来探测光声信号的柱面声学透镜29和超声换能器阵列28，以及用于探测被测对象4背向散射光或荧光信号的测量物镜26、集光透镜9、中继放大透镜10和位于中继放大透镜10焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔14，以及放在双孔针孔14后用来分割探测放大艾里斑11的第一微区12和第二微区13的二象限光电探测器25。

脉冲激光器20的波长、脉宽和重复频率可根据需要选择。

计算机32通过控制二维扫描振镜33和轴向物镜扫描系统34可对被测对象4进行三维扫描。

对被测对象4进行原位、无创成像的过程如下：

脉冲激光器20发出的脉冲激光光束经聚焦透镜21聚焦到针孔22上形成点光源，针孔22出射的光经准直透镜2、二维扫描振镜33、测量物镜26后聚焦到被测对象4上激发出光声信号、散射光或荧光信号。

光声信号由柱面声学透镜29收集后被超声换能器阵列28探测，再经超声信号探测电路系统30处理后传送给计算机32。

脉冲激光光束聚焦后激发的被测对象4的散射光或荧光信号再经测量物镜26、集光透镜9、中继放大透镜10聚焦位于中继放大透镜10焦面上的双孔针孔14上，位于双孔针孔14后的二象限光电探测器25的两区各自对准双孔针孔14的两个孔，各自探测放大艾里斑11的第一微区12和第二微区13的第一离轴共焦信号17和第二离轴共焦信号18，计算机32再将二象限光电探测器25两区各自探测的第一离轴共焦信号17和第二离轴共焦信号18进行差动相减就可得到分光瞳差动共焦信号19，利用该分光瞳差动共焦信号19即可测得被测对象4的结构图像信息。

计算机32通过控制二维扫描振镜33和轴向物镜扫描系统34可对被测对象4进行三维扫描，从而可实现对被测对象4激发出的光声信号、散射光或荧光信号进行实时层析探测成像。

计算机32依据发给控制二维扫描振镜33和轴向物镜扫描系统34的三维位置信号(x，y，z)、光强信号采集系统31采集的差动共焦信号和超声信号探测电路系统30采集的光声信号进行数据融合处理，即可同时得到生物组织的成分空间信息和功能信息。

如图5所示，分光瞳差动共焦显微成像技术利用光轴之间存在一定夹角θ的照明透镜与采集透镜的点扩散函数PSF相互制约，减小系统点扩散函数PSF的主瓣宽度，从而达到提高轴向分辨力和工作距离的目的。

如图4所示，分光瞳差动共焦显微成像装置利用大工作距、低数值孔径的测量物镜26构成了照明光学系统和收集光学系统，照明光学系统光轴(z_i轴)和收集光学系统光轴(z_c轴)成θ角放置，(x，y，z)为系统坐标系，(x_i，y_i，z_i)和(x_c，y_c，z_c)分别为斜入射激发光束35和斜出射被测对象散射光36在被测对象空间的坐标。

三个坐标系之间的变换关系为：

x_i＝x cosθ-z sinθ  x_c＝x cosθ+z sinθ   (1)

y_i＝y  y_c＝y   (2)

z_i＝x sinθ+z cosθ  z_c＝-x sinθ+z cosθ   (3)

分光瞳差动共焦-光声显微成像装置的理论模型可由基于旁轴近似的衍射理论进行推导。

点光源系统1、准直透镜2和测量物镜26构成照明光学系统，照明光学系统点扩散函数(PSF)37的表达式为：

$h_i(x_i,y_i,z_i)=\∫{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{P}_i(x_{\mathrm{i\ρ}},y_{\mathrm{i\ρ}})\exp \left[\frac{{\mathrm{iu}}_i}{2}(x_{\mathrm{i\ρ}}^2+y_{\mathrm{i\ρ}}^2)\right]\exp \left[i(v_{\mathrm{ix}}{x}_{\mathrm{i\ρ}}+v_{\mathrm{iy}}{y}_{\mathrm{i\ρ}})\right]{\mathrm{dx}}_{\mathrm{i\ρ}}{\mathrm{dy}}_{\mathrm{i\ρ}}---\left(4\right)$

测量物镜26、集光透镜9和中继放大透镜10构成了收集光学系统，收集光学系统PSF38的表达式为：

$h_c(x_c,y_c,z_c)=\∫{\∫}_{-\∞}^{+\∞}{P}_c(x_{\mathrm{c\ρ}},y_{\mathrm{c\ρ}})\exp \left[\frac{{\mathrm{iu}}_c}{2}(x_{\mathrm{c\ρ}}^2+y_{\mathrm{c\ρ}}^2)\right]\exp \left[i(v_{\mathrm{cx}}{x}_{\mathrm{c\ρ}}+v_{\mathrm{cy}}{y}_{\mathrm{c\ρ}})\right]{\mathrm{dx}}_{\mathrm{c\ρ}}{\mathrm{dy}}_{\mathrm{c\ρ}}---\left(5\right)$

其中，P_i(x_iρ，y_iρ)和P_c(x_cρ，y_cρ)分别是用于照明的测量物镜26和用于收集光的测量物镜26的瞳函数，其大小相等；v_ix、v_iy和u_i是测量物镜26在被测对象空间的归一化光学坐标，v_cx、v_cy和u_c是测量物镜26在被测对象空间的归一化光学坐标。

因此，探测到的分光瞳差动共焦成像系统的合成PSF 39的表达式为：

h_cs(x，y，z)＝h_i(x_i，y_i，z_i)×h_c(x_c，y_c，z_c)   (6)

因此，探测到的分光瞳差动共焦成像系统的强度响应表达式为：

I_cs(x，y，z)＝|h_i(x_i，y_i，z_i)×h_c(x_c，y_c，z_c)|²   (7)

定义(x_d，y_d，z_d)为测量物镜26在探测空间的坐标，当点探测器沿x_d轴方向存在横向偏移M时，收集光学系统PSF38的表达式变为：

$\begin{array}{c}{h}_c(x_c,y_c,z_c,v_{\mathrm{xM}})=\∫\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}{P}_c(x_{\mathrm{c\ρ}},y_{\mathrm{c\ρ}})\exp \left[\frac{{\mathrm{iu}}_c}{2}(x_{\mathrm{c\ρ}}^2+y_{\mathrm{c\ρ}}^2)\right]\\ \×\exp \left\{i\right[v_{\mathrm{cx}}+v_{\mathrm{xM}}]x_{\mathrm{c\ρ}}+v_{\mathrm{cy}}{y}_{\mathrm{c\ρ}}\}{\mathrm{dx}}_{\mathrm{c\ρ}}{\mathrm{dy}}_{\mathrm{c\ρ}}\end{array}---\left(8\right)$

其中，v_xM是对应于横向偏移M的归一化横向偏移量，可依据分辨力参数要求进行优化设计，其可通过双孔针孔14的两个针孔之间的距离来确定。

因此，二象限光电探测器25两区探测的第一离轴共焦信号17和第二离轴共焦信号18的强度I₁(x，y，z，-v_xM)和I₂(x，y，z，+v_xM)分别为：

I₁(x，y，z，-v_xM)＝|h_i(x_i，y_i，z_i)h_c(x_c，y_c，z_c，-v_xM)|²   (9)

I₂(x，y，z，+v_xM)＝|h_i(x_i，y_i，z_i)×h_c(x_c，y_c，z_c，+v_xM)|²   (10)

则分光瞳差动共焦显微系统强度响应为：

I(x，y，z，v_xM)＝I₁(x，y，z，-v_xM)-I₂(x，y，z，+v_xM)   (11)

由公式(4)可求得照明光学系统PSF如图5中的37所示，由公式(5)可求得收集光学系统PSF如图5中的38所示，由公式(6)可求得分光瞳差动共焦显微成像系统的合成PSF如图5中的39所示。

由于分光瞳差动共焦显微成像系统的合成PSF 39是照明光学系统PSF与收集光学系统PSF的乘积，因此在分光瞳差动共焦结构中可以得到一个轴向(z方向)宽度Δz和横向(x方向)宽度Δx相近的系统合成PSF 39。

从图5中可以看出：系统合成PSF 39的焦体越小，共焦显微系统就能观察被测对象的更精细结构的信息，从而达到了提高共焦系统轴向分辨力的目的。理论上当两个光轴正交时，系统的合成焦体体积最小，可形成一个近乎球形的焦体。

分光瞳差动共焦显微成像系统则在分光瞳共焦显微成像系统的基础上进一步提高了轴向分辨能力。

依据公式(11)本实施例的仿真分光瞳差动共焦轴向特性曲线40如图6所示，同等数值孔径NA.条件下仿真普通单轴共焦轴向特性曲线41如图6所示。

从仿真分光瞳差动共焦轴向特性曲线40和仿真普通单轴共焦轴向特性曲线41可以看出，分光瞳差动共焦显微成像系统大幅提高了共焦显微系统的轴向分辨力，换言之，在达到同等轴向分辨力的前提下，分光瞳差动共焦显微成像系统的数值孔径NA.要比共焦显微系统的NA值要小得多，即分光瞳差动共焦显微成像系统的工作距大幅增大。

分光瞳差动共焦显微成像系统的工作距的大幅增大为超声换能器阵列28和具有柱面声学透镜的波导27与测量物镜26的集成设计提供了必要的前提。

实施例2

如图1所示，在实施例1的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，将二象限光电探测器25替换为第一探测器15和第二探测器16，各自探测放大艾里斑11的第一微区12和第二微区13的第一离轴共焦信号17和第二离轴共焦信号18。

其余测量方法与实施例1相同。

实施例3

如图2所示，在实施例1的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置中，用光纤出射点光源23替换由脉冲激光器20、聚焦透镜21和位于聚焦透镜21焦点处针孔22构成的点光源系统1；用CCD探测器24替换由位于中继放大透镜10焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔14和位于针孔后的二象限光电探测器25构成的探测系统，用来探测放大艾里斑11的第一微区12和第二微区13的第一离轴共焦信号17和第二离轴共焦信号18。

其余测量方法与实施例1相同。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。

本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：包括点光源系统(1)，依次放置在点光源系统(1)出射方向的离轴放置的准直透镜(2)、对称光轴放置的光学-光声共焦点耦合系统(3)和被测对象(4)，还包括放置在被测对象(4)背向散射方向来探测光声信号的超声换能器(8)、离轴放置的用于收集背向散射光学信号的集光透镜(9)，以及分割探测集光透镜(9)焦面光强信号的分割焦斑差动探测系统(7)。

2.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：所述光学-光声共焦点耦合系统(3)可以包括对称光轴放置的中空测量物镜(5)、镶嵌在中空测量物镜(5)孔下端的声学透镜(6)，且中空测量物镜(5)与声学透镜(6)共焦点。

3.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：光学-光声共焦点耦合系统(3)还可以包括沿光轴方向依次放置的测量物镜(26)、超声换能器阵列(28)和具有柱面声学透镜的波导(27)，且测量物镜(26)与具有柱面声学透镜的波导(27)共焦点。

4.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：分割焦斑差动探测系统(7)可以包括用于放大集光透镜(9)焦斑的中继放大透镜(10)、位于中继放大透镜(10)焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔(14)，以及放在双孔针孔(14)后用来分割探测放大艾里斑(11)的第一微区(12)与第二微区(13)的第一光强探测器(15)和第二光强探测器(16)。

5.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：分割焦斑差动探测系统(7)还可以包括用于放大集光透镜(9)焦斑的中继放大透镜(10)、位于中继放大透镜(10)焦面上的用于分割探测放大艾里斑(11)的第一微区(12)和第二微区(13)的CCD探测器(24)。

6.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：分割焦斑差动探测系统(7)还可以包括用于放大集光透镜(9)焦斑的中继放大透镜(10)、位于中继放大透镜(1O)焦面并使两针孔关于光轴左右对称放置的双孔针孔(14)，以及放在双孔针孔(14)后用来分割探测放大艾里斑(11)的第一微区(12)和第二微区(13)的二象限光电探测器(25)。

7.根据权利要求1所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像装置，其特征在于：点光源(1)还可以由脉冲激光器(20)、放置在激光器出射方向的聚焦透镜(21)和放置在聚焦透镜(21)焦点处的针孔(22)构成；其中，脉冲激光器(20)的波长、脉宽和重复频率可根据需要选择。

8.一种分光瞳差动共焦-光声显微成像方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、打开点光源系统(1)，使点光源系统(1)出射的光束经准直透镜(2)和光学-光声共焦点耦合系统(3)后聚焦到被测对象(4)上来激发光声信号和光强信号；

步骤二、利用声学透镜(6)和超声换能器(8)来收集和探测光声信号，用于表征被测对象(4)的生物功能信息；

步骤三、利用光学-光声共焦点耦合系统(3)、集光透镜(9)、中继放大透镜(10)将被测对象(4)的散射光聚焦在位于中继放大透镜(10)焦面上的双孔针孔(14)上，位于双孔针孔(14)后的第一光强探测器(15)和第二光强探测器(16)各自探测对应针孔出射的放大艾里斑(11)的第一微区(12)和第二微区(13)的第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)，再将第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号(19)，用于表征被测对象(4)的结构图像信息；

步骤四、计算机(32)通过二维扫描振镜(33)和轴向物镜扫描系统(34)来控制聚焦光束对被测对象(4)进行三维层析扫描，来对被测对象(4)激发出的光声信号和光强信号进行三维实时层析探测成像；

步骤五、计算机(32)对探测的被测对象(4)的光声信号与光强信号数据进行融合处理，即可实现被测对象成分空间信息和功能信息的原位、无创成像。

9.根据权利要求8所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像方法，其特征在于：步骤三可以为：利用光学-光声共焦点耦合系统(3)、集光透镜(9)、中继放大透镜(10)将被测对象(4)的散射光聚焦在位于中继放大透镜(10)焦面上的CCD探测器(24)，计算机(32)将CCD探测器(24)探测面上的放大艾里斑(11)分割为第一微区(12)和第二微区(13)并进行强度探测得到第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)，再将第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号(19)，用于表征被测对象(4)的结构图像信息；

10.根据权利要求8所述的分光瞳差动共焦-光声显微成像方法，其特征在于：步骤三还可以为：利用光学-光声共焦点耦合系统(3)、集光透镜(9)、中继放大透镜(10)将被测对象(4)的散射光聚焦在位于中继放大透镜(10)焦面上的双孔针孔(14)上，位于双孔针孔(14)后的二象限光电探测器(25)的两探测区分别探测对应针孔出射的放大艾里斑的第一微区(12)和第二微区(13)的第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)，再将第一离轴共焦信号(17)和第二离轴共焦信号(18)进行差动相减得到分光瞳差动共焦信号(19)，用于表征被测对象(4)的结构图像信息。