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基于二极管激励的小型化光声显微镜

白杨  
【摘要】:光学分辨式光声显微成像(OR-PAM)是一种以声学方式检测光学对比度的混合成像技术,可以提供生物皮下微血管和其他结构的图像,具有微米尺度的横向分辨率,已成功应用于皮肤学、肿瘤新生血管、脑结构与功能等众多生物医学成像领域。其中,激光二极管OR-PAM系统相对于固体激光器OR-PAM系统而言,具有价格低、体积小、寿命长、重复频率高等优点,有利于光声显微成像系统的集成化和一体化,具有广阔的应用前景。但是脉冲激光二极管峰值功率低(一般为几百个微焦),需要采用高数值孔径(NA)透镜对激光光束进行显微聚焦以产生光声信号,导致OR-PAM系统的工作距离非常短(仅为2-3 mm),光声激励源和超声探测器无法在同侧以同轴共焦结构放置,因此现有激光二极管光声显微成像系统的光源与探测器放置模式都是斜入射结构或透射式结构,难以实现反射式结构以满足现实中的临床需求。本文采用长脉冲可见光激光二极管搭载低NA反射式显微物镜,设计并搭建了一套22 mm长工作距离的OR-PAM成像系统,包括脉冲激光二极管、反射型显微物镜、超声探测器、三维电控平移台、示波器数据采集模块等,并使用LabVIEW软件实现了系统硬件控制和光声数据采集。系统采用重复频率为1 KHz的450 nm脉冲激光二极管,脉冲宽度和能量分别约为650 ns和1μJ,同轴共焦式结构最优化了光声激发和传感效率,其横向分辨率约为10μm,与现有的激光二极管光声显微镜相比,该系统在深度方向具有更大的扫描范围。结合3D打印的小尺寸低频超声探测器及多波长激光二极管,有望发展为一种免标记、低成本、小型化的反射式光声功能显微镜技术,为皮下微循环结构的实时监测与成像、生物特征识别等领域提供一种新型检测手段,并进一步拓展高分辨率光声显微成像的应用范围。


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