多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置及方法，属于显微成像技术领域。
【背景技术】
[0002]显微成像技术常应用于观测肉眼所无法观察的样品，应用领域包括生物医学、化学、物理、冶金、测量等领域，在很多领域的发展中拥有着独一无二的地位。在显微镜技术不断发展完善过程中，从最初的场式显微镜，到之后的共焦显微镜，其在放大倍数、抗噪音等方面都有了重大突破。但是，无论是传统的场式显微镜，还是共焦显微镜，均是利用样品散射光的光强对样品进行成像，传统显微成像只能得到样品的结构图像。即使荧光成像也只是得到样品荧光光强的显微图像，不能得到样品的光谱特征信息；不能得到样品对光的吸收特性信息。光声成像技术是利用光在生物组织、吸收介质中的沉积产生超声波信号的光声效应所发展起来的一种成像技术，该成像技术能够达到光学分辨，分辨率远高于超声波成像技术。由于光声效应与样品的吸收特性密切相关，可以得到样品对光的吸收的特征信息，在功能成像技术中有着潜在的应用价值。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置及方法，能够同时实现对样品的光声显微成像、荧光显微成像和荧光显微光谱成像。
[0004]按照本发明提供的技术方案，所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是:包括能够在x、y和z三个方向移动的三维电动精密平移载物台、激光扫描装置、脉冲激光光源、光谱仪、超声信号采集系统和光谱信号采集系统;在所述三维电动精密平移载物台上设置用于放置样品的水盒，在水盒底部设有超声信号窗口，在超声信号窗口底部和侧部分别设置第一超声换能器和第二超声换能器，第一超声换能器和第二超声换能器分别通过信号切换开关连接信号放大器，信号放大器连接超声信号数据采集系统；
在所述三维电动精密平移载物台的上方设置能够使激光在x、y方向扫描的激光扫描装置，激光扫描装置与三维电动精密平移载物台之间设置物镜;在所述激光扫描装置的一侧依次设置热镜、分束镜和脉冲激光光源;所述光谱信号数据采集系统连接光谱仪的CCD相机。
[0005]进一步的，所述超声信号窗口的大小大于样品的大小。
[0006]进一步的，在所述超声信号窗口覆盖能够透过超声波的薄膜。
[0007]进一步的，所述超声信号数据采集系统和光谱信号数据采集系统分别连接光电探测器的电信号输出端。
[0008]进一步的，所述三维电动精密平移台、激光扫描装置、脉冲激光光源、超声信号数据采集系统和光谱信号数据采集系统均与计算机连接。
[0009]所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析方法，其特征是，具体采用以下步骤:
(1)选取合适的扫描方式:选择激光扫描装置逐点光扫描或者选择三维电动精密平移台移动进行逐点样品扫描；
(2)选择合适的超声波信号采集的方向:调节超声换能器的位置至合适的方向；
(3)选定超声信号采集的方向后，将信号切换开关切换到相应的超声换能器一侧;调节样品位置使激光聚焦在样品的待测区域中，调节相应超声换能器的位置使激光焦点在超声换能器探测的声场中央；
(4)激光扫描装置运动或三维电动精密平移台移动到预定位置，计算机发出触发信号触发脉冲激光光源发出激光脉冲，光电探测器将接收到的激光脉冲信号转化为电脉冲信号触发超声信号数据采集系统和光谱信号数据采集系统；由超声信号数据采集系统采集记录样品每个扫描点发出的超声信号;与此同时，光谱仪中的CCD相机同步采集样品每个扫描点背向荧光的光谱信号，光谱信号数据采集系统采集记录光谱仪在样品每个扫描点的荧光光谱信息；
(5)激光扫描装置运动使激光在样品上进行逐点扫描，或三维电动精密平移台移动进行样品逐点扫描，在各个扫描点重复步骤的数据采集过程，完成待测区域内所有点的数据采集工作；
(4)超声信号数据采集系统和光谱信号超声采集系统将所有采集的数据传给计算机，由计算机处理所有数据给出样品的光声显微、荧光显微及荧光光谱的分析图像。
[0010]本发明具有以下有益效果:本发明在计算机程序控制下，三维电动精密平移台或激光扫描装置运动能使激光可以聚焦在xy平面内确定位置点后，计算机程序控制脉冲激光光源使其发出激光脉冲，光电探测器将测到的激光脉冲信号转化为电脉冲为两套数据采集系统提供触发信号，两套数据采集系统分别采集、记录光谱仪的光谱信号和超声换能器所接收到的超声信号。在完成一个预设区域的逐点扫描后，计算机程序处理所采集的数据得到样品的光声显微图像、荧光显微图像、荧光显微光谱图像。本发明通过信号切换开关可以获得前向或背向光声信号。通过计算机程序选择采用激光扫描装置扫描模式或三维精密电动平移台扫描模式(样品扫描模式)，获得满足实际需要的扫描方式。
【附图说明】
[0011 ]图1为本发明所述成像分析装置的示意图。
[0012]图2为本发明所述分析方法的信号流程图。
[0013]图3为所述水盒的示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
[0015]如图1?图3所示:所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置包括计算机1、三维电动精密平移载物台2、激光扫描装置3、脉冲激光光源4、分束镜5、光电探测器6、超声信号数据采集系统7、信号放大器8、热镜9、光谱信号数据采集系统10、光谱仪11、物镜12、水盒13、第一超声换能器14、第二超声换能器15、信号切换开关16、超声信号窗口 17、薄膜18等。
[0016]如图1所示，本发明所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置包括能够在x、y和z三个方向移动的三维电动精密平移载物台2，在三维电动精密平移载物台2上设置用于放置样品的水盒13;如图3所示，在所述水盒13底部设有超声信号窗口 17，超声信号窗口 17的大小一般大于样品的大小，在超声信号窗口 17覆盖能够透过超声波的薄膜18;在所述超声信号窗口 17底部和侧部分别设置能够调整方位的第一超声换能器14和第二超声换能器15，所述第一超声换能器14和第二超声换能器15分别通过信号切换开关16连接信号放大器8，信号放大器8连接超声信号数据采集系统7，超声信号数据采集系统7的信号输出端连接计算机1。
[0017]在所述三维电动精密平移载物台2的上方设置能够使激光在x、y方向扫描的激光扫描装置3，激光扫描装置3与三维电动精密平移载物台2之间设置物镜12;在所述激光抛描装置3的一侧依次设置热镜9、分束镜5和脉冲激光光源4，脉冲激光光源4发出的脉冲激光经分束镜5分为两束，一束被光电探测器6接收，一束经热镜9、激光扫描装置3和物镜12到达三维电动精密平移载物台2上的水盒13中的样品。所述光电探测器6的电信号输出端分别连接超声信号数据采集系统7和光谱信号数据采集系统10。所述光谱信号数据采集系统10连接光谱仪11的CCD相机，光谱仪11采集样品每个扫描点背向荧光的光谱信息。
[0018]上述的三维电动精密平移台2、激光扫描装置3、脉冲激光光源4、超声信号数据采集系统7和光谱信号数据采集系统10均与计算机1连接，由计算机1控制各自的工作状态。
[0019]针对传统显微系统和超声成像技术的不足，为了获得样品更多的特征信息及更高的空间分辨率，本发明通过同时记录激光脉冲能量在样品中沉积所产生的超声信号及激光在样品中激发的荧光光谱