基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估装置及方法与流程

技术特征：
1.基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估装置，其特征在于：其包括激光源组件1、光束传输组件2、光束扫描组件3、反射式成像端口组件4，信号采集组件5和计算机6；所述激光源组件1包括第一波长的脉冲激光器1-1和第二波长的脉冲激光器1-2，用于向成像目标发射激光；所述光束传输组件2包括反射镜2-1、二向色镜2-2、空间滤波器2-3、凸透镜2-4和小孔光阑2-5，用于实现两个波长的脉冲激光的同轴汇聚、整形和准直；所述光束扫描组件3包括升降电机3-1、二维扫描振镜3-2、振镜控制板3-3、扫描透镜3-4，用于实现汇聚的脉冲激光的扫描与聚焦；所述反射式成像端口组件4包括透光反声的玻璃片4-1、去离子水4-2、成像端面4-3、防水轴承4-4、线聚焦超声换能器4-5、齿轮4-6、导电滑环4-7和步进电机4-8，用于实现脉冲激光的照射以及声学信号的传输和探测；所述信号采集组件5包括低噪信号放大器5-1、带通滤波器5-2和信号采集卡5-3，用于光声信号的放大、滤波和采集；所述计算机6用于驱动二维扫描振镜实现旋转式扫描与电机的转动；所述计算机6也用于实现图像重建，分别获得目标物体的血管网络分布和外源性纳米材料的三维分布，将二者对比分析，实现血脑屏障损伤情况的评估。2.基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估装置，其具体的工作方式如下，所述第一波长的脉冲激光器1-1发出脉冲激光，经所述反射镜2-1、所述二向色镜2-2，与第二波长的脉冲激光器1-2发出的脉冲激光实现汇合，汇合后的光束经所述空间滤波器2-3、所述凸透镜2-4、所述小孔光阑2-5进入所述光束扫描组件3，经所述光束扫描组件3的二维扫描振镜3-2、扫描透镜3-3实现光束聚焦，经所述升降电机3-1调整后，聚焦后的光束穿过透光反声的玻璃片4-1和去离子水4-2，照射在所述成像端面4-3上方的目标物体；第一波长的激光和第二波长的激光分别被目标物体中的红细胞和外源性纳米材料特异性吸收，产生两组具有时间延迟的光声信号；激发的光声信号经透光反声的玻璃片4-1反射至线聚焦超声换能器4-5表面，由所述线聚焦超声换能器4-5探测接收，经过所述导电滑环4-7、低噪信号放大器5-1、所述带通滤波器5-2、所述信号采集卡5-3保存至计算机中。3.在图像采集期间，二维扫描振镜3-2驱动聚焦的光束沿着线聚焦超声换能器4-5的线探测区域覆盖范围扫描一次，然后线聚焦超声换能器4-5在所述齿轮4-6、所述步进电机4-8的带动下旋转设定的微小角度，聚焦光束的扫描直径轨迹随即也旋转对应微小的角度，依次执行，直至扫描完成整个圆形成像区域。4.根据权利要求1中任意一项所述的基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估装置，其特征在于：第一波长为532nm，第二波长为810nm。5.基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a，建立血脑屏障损伤模型，作为待评估对象；步骤b，将光声纳米粒子悬浮液经股静脉注射至所建模型的血液；步骤c，采用双波长光声显微成像的方式，对所建模型进行高分辨率脑成像，其中第一波长和第二波长的脉冲激光分别用于激发血红蛋白和纳米粒子，获取血管网络和纳米粒子的光声数据；步骤d，对两组光声数据进行重建，获得大脑的微血管网络结构和纳米粒子的分布情
况；步骤e，通过纳米粒子在血管外侧的分布情况，识别血脑屏障的损伤区域，计算血管外纳米粒子的浓度，定量分析血脑屏障的损伤程度。6.根据权利要求3所述的基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估方法，其特征在于：步骤a中建立血脑屏障损伤模型，具体是通过颈动脉甘露醇灌注的方式建立大鼠-半脑血脑屏障损伤模型。7.根据权利要求3所述的基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估方法，其特征在于：步骤c中，第一波长为532nm，第二波长为810nm。

技术总结
本发明公开了一种基于双波长光声显微成像的血脑屏障损伤评估装置及方法，用于实现血脑屏障损伤的高分辨率三维实时评估。该装置包括激光源组件、光束传输组件、光束扫描组件、反射式成像端口组件，信号采集组件和计算机。该方法包括，建立血脑屏障损伤模型；将光声纳米粒子悬浮液经股静脉注射至所建模型的血液；采用双波长光声显微成像的方式，对所建模型进行高分辨率脑成像，其中第一波长和第二波长的脉冲激光分别用于激发血红蛋白和纳米粒子，获取光声数据；对光声数据进行重建，获得大脑的微血管网络结构和纳米粒子的分布情况；通过纳米粒子在血管外侧分布情况，识别血脑屏障的损伤区域，计算血管外纳米粒子的浓度，定量分析损伤程度。伤程度。伤程度。


技术研发人员：奚磊 王永超 郭恒 张若曦 李婷婷
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：2021.09.16
技术公布日：2022/2/7