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CN101782518A - 细胞光声显微成像方法及其装置 - Google Patents

细胞光声显微成像方法及其装置 Download PDF

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CN101782518A CN 201010115730 CN201010115730A CN101782518A CN 101782518 A CN101782518 A CN 101782518A CN 201010115730 CN201010115730 CN 201010115730 CN 201010115730 A CN201010115730 A CN 201010115730A CN 101782518 A CN101782518 A CN 101782518A
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CN
China
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photoacoustic
cells
cell
laser
imaging
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CN 201010115730
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唐志列
谭治良
吴泳波
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South China Normal University
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South China Normal University
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    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/0681—Imaging by acoustic microscopy, e.g. scanning acoustic microscopy
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及一种细胞光声显微成像方法，包括将细胞置于盖玻片的凹面上，激光透过盖玻片照射在细胞上，细胞吸收光产生光声效应，由该光声效应所产生的声压变化传递到光声传感器，然后由光声传感器进行探测并输出光声信号，对单细胞实现光声探测；通过光束扫描和高分辨率的显微物镜，对细胞进行二维扫描，实现单细胞的光声显微成像。本发明还涉及一种细胞光声显微成像装置，包括激光扫描成像机构、光声传感器和信号处理器三部分。本发明采用无机械噪声的光束扫描技术结合高分辨率的显微物镜，产生具有高空间分辨率的光声信号，再采用光声传感器进行光声探测，对细胞进行光声显微成像，分辨率小于1微米。

Description

细胞光声显微成像方法及其装置
技术领域
本发明涉及显微成像技术，具体是一种细胞光声显微成像方法，本发明还涉及细胞光声显微成像装置。
背景技术
光声成像是采用“光激发-诱导光声信号-光声探测-图像重建”的方法进行成像。光声成像技术在图像分辨率、对比度和信息量等方面比许多传统影像技术具有显著优势，目前光声成像方法主要包括以下三种成像方法：声透镜成像法、相控聚焦成像法和反演成像法。声透镜成像法由于受声波衍射效应和声透镜像差的限制，分辨率只能达到1毫米的水平；相控聚焦成像法是利用多元线阵超声换能器结合相控聚焦算法进行图像重构，其分辨率达到了100微米，可以对血管进行成像；反演成像法是利用Radon反演算法和滤波反投影算法进行图像重构，由于避免了声波衍射效应的限制，从而可以实现较高分辨率的光声成像，其分辨率达到了15微米，可以对毛细血管进行成像。但这种分辨率仍无法分辨细胞，更无法对细胞进行成像。
由于光声成像技术可以获得组织的生物学行为(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15微米的分辨率，无法观察细胞水平的结构图像和功能图像。
发明内容
本发明的目的是提供一种能观察到细胞水平的高分辨率细胞光声显微成像方法，实现高分辨率光声显微成像，分辨率小于1微米。
本发明的目的还在于提供一种细胞光声显微成像装置。
本发明的细胞光声显微成像方法包括：
——将细胞置于盖玻片的凹面上，激光透过盖玻片照射在细胞上，细胞吸收光产生光声效应，由该光声效应所产生的声压变化传递到光声传感器，然后由光声传感器进行探测并输出光声信号，对单细胞实现光声探测；
——通过光束扫描和高分辨率的显微物镜，对细胞进行二维扫描，实现单细胞的光声显微成像。
本发明的细胞光声显微成像装置包括激光扫描成像机构、光声传感器和信号处理器三部分。其中，激光扫描成像机构由激光器、扫描振镜、显微物镜构成；信号处理器由斩波器、锁相放大器、采集卡和计算机依次电气连接构成。
如图1所示，激光器1发出的激光，通过斩波器2进行调制，进入扫描振镜3进行二维扫描，再由显微物镜4聚焦到样品5的表面，样品5所产生的光声信号，由光声传感器6进行探测，光声传感器6的输出信号经过锁相放大器7放大和处理后，输送到采集卡8进行数据采集，再由计算机9进行存储和图像重建。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、采用无机械噪声的光束扫描技术结合高分辨率的显微物镜，产生具有高空间分辨率的光声信号，再采用光声传感器进行光声探测，对细胞进行光声显微成像，分辨率小于1微米。
2、采用连续激光进行激发，无须采用脉冲激光来进行光声成像。
3、不仅获得细胞的结构信息，还可对细胞的物质成份进行成像，获得细胞的功能信息。
附图说明
图1是本发明细胞光声显微成像装置结构框图；
图中：1是激光器，2是斩波器，3是激光扫描振镜，4是显微物镜，5是样品，6是光声传感器，7是锁相放大器，8是采集卡，9是计算机；
图2a是血红细胞的光学显微图像；
图2b是血红细胞的光声显微图像；
图2c是洋葱细胞的光学显微图像；
图2d是洋葱细胞的光声显微图像。
具体实施方式
如图1所示，本发明装置包括激光扫描成像机构、光声传感器和信号处理器三部分。其中，激光扫描成像机构由激光器1、扫描振镜3、显微物镜4构成；工作时，扫描振镜3、显微物镜4和光声传感器6可以安装在显微镜支架上；
信号处理器由斩波器2、锁相放大器7、采集卡8和计算机9组成，它们依次电气连接。
本发明的工作过程如下：激光器1发出的激光，通过斩波器2进行调制，然后进入激光扫描振镜3进行二维扫描，再由显微物镜4聚焦到样品5的表面，样品5所产生的光声信号，由光声传感器6进行探测，光声传感器6的输出信号经过锁相放大器7放大和处理后，输送到采集卡8进行数据采集，再由计算机9进行存储和图像重建。实验结果如图2a、图2b、图2c、图2d所示，与光学显微成像相比，本发明的光声显微成像具有信息量大、对比度高等优点，不仅可以获得细胞的结构信息，还可以获得细胞的功能信息。图中细胞轮廓清晰，可以显示出单个细胞图像。

Claims (3)

1.一种细胞光声显微成像方法，其特征在于：
——将细胞置于盖玻片的凹面上，激光透过盖玻片照射在细胞上，细胞吸收光产生光声效应，由该光声效应所产生的声压变化传递到光声传感器，然后由光声传感器进行探测并输出光声信号，对单细胞实现光声探测；
——通过光束扫描和高分辨率的显微物镜，对细胞进行二维扫描，实现单细胞的光声显微成像。
2.一种细胞光声显微成像装置，其特征在于包括激光扫描成像机构、光声传感器和信号处理器三部分；其中，激光扫描成像机构由激光器、扫描振镜、显微物镜构成；信号处理器由斩波器、锁相放大器、采集卡和计算机依次电气连接构成。
3.根据权利要求2所示的装置，其特征在于激光器(1)发出的激光，通过斩波器(2进行调制，进入扫描振镜(3)进行二维扫描，再由显微物镜(4)聚焦到样品(5)的表面，样品(5)所产生的光声信号，由光声传感器(6)进行探测，光声传感器(6)的输出信号经过锁相放大器(7)放大和处理后，输送到采集卡(8)进行数据采集，再由计算机(9)进行存储和图像重建。
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