一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统技术方案

本发明专利技术涉及生物医学及光学领域，目的在于提供一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统，包括控制与处理模块、偏振光学相干层析成像模块、偏振多光子显微成像模块和扫描模块；同时获得样品同一信息范围双模图像的结构信息、光谱信息和光学特性参数。本发明专利技术的有益效果在于：将偏振光学相干层析成像与多光子显微成像两种不同功能的影像技术集为一体，达到两种影像模式并行应用并融合；利用其偏振特征，可有效的获得具有双折射特性的生物组织的性质，以实现生物组织的三维的叠加图像及病理、光谱、双折射性质；从纵向与横向的双模特征评价组织的病理特性，是一种实时、无损、动态的双模成像系统。

A dual mode imaging system with polarized optical coherence tomography and polarized multiphoton microscopy

The invention relates to the field of biomedical and optical, aims to provide a dual polarization imaging system of optical coherence tomography and polarized multiphoton microscopy, including control module, polarization optical coherence tomography imaging module, polarization multiphoton microscopic imaging module and scanning module; at the same time to obtain structural information, dual mode image spectrum information and optical properties of samples with a range of information. The invention has the advantages that: the polarization imaging technology of optical coherence tomography and multiphoton microscopic imaging of two kinds of different functions are integrated to achieve two kinds of image mode and parallel application integration; using the polarization characteristics, can effectively obtain properties having birefringence properties of biological tissues, in order to achieve the three-dimensional tissue the superposition of images and pathology, spectroscopy and birefringence properties; pathological characteristics from longitudinal and transverse mode characteristics evaluation organization, is a dual mode imaging system for real-time, non-destructive and dynamic.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物医学及光学领域，特别涉及一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统。
技术介绍
对于生物组织超精细结构的探测方法，目前主要有电子显微镜，X-射线，生物化学分析，组织病理学分析、多光子荧光技术等。其中电子显微镜，X-射线，生物化学分析，组织病理学分析等方法最大的缺点是具有严重的损伤性，而无法实时、活体的检测。而具有可快速实现结构成像和功能成像的光学相干层析成像技术、具有亚细胞分辨能力和生物化学特异性表征能力的多光子显微镜则从分辨率、成像深度等都有很大的提升，通过对生物组织光学特性差异成像，可以反映组织生理状况和代谢特征，并且具有对人体无损伤、分辨率高，可以动态、微观地跟踪生物组织的生理、病理变化过程。申请号为201410038761.6的中国专利技术专利公开了一种基于单探测器的偏振频域光学相干层析成像系统，包括低相干光源、第一准直器、起偏器、迈克尔逊干涉仪、偏振分束器、第二准直器、第一光纤、第三准直器、第四准直器、第二光纤、第五准直器、光栅、柱面透镜、探测器；低相干光源发出的光顺序经过第一准直器、起偏器后变为偏振光耦合进迈克尔逊干涉仪的分束器，该分束器将光束分为参考臂光路和样品臂光路，参考臂的光经过四分之一波片后照射在参考镜上，样品臂的光经过四分之一波片后经过二维振镜被成像物镜聚焦在待测样品内，从待测样品反射回的带有待测样品信息的光和从参考镜反射回的参考光在所述的分束器处发生干涉；迈克尔逊干涉仪的输出端连接偏振分束器，该偏振分束器将干涉光束分为水平偏振光和垂直偏振光两路光，水平偏振光通过第二准直器耦合进第一光纤中，在第一光纤的另一端经第三准直器后平行入射到所述的光栅上，所述的垂直偏振光通过第四准直器耦合进第二光纤中，在第二光纤的另一端经第五准直器后平行入射到所述的光栅上，所述的水平偏振光和垂直偏振光入射到光栅的位置不同，经光栅分光后同时被所述的柱面透镜成像在同一探测器的不同区域上，探测器不同位置同时探测到水平偏振信号和垂直偏振信号，这两路信号经图像采集卡采集后被送入计算机进行数据处理，得到样品纵向的强度图像、延迟图像和快轴方向图像。此外，该方法由于使用单探测器，探测器在获取水平偏振和垂直偏振信号的时候需要轮候使用，其探测无法达到实时。申请号为201210120196.9的中国专利技术专利公开了一种生物组织内源性成分的多模式多光子显微成像装置，可以对生物组织内源性不同成分的微结构进行全面的、高对比度的成像；由飞秒激光器产生的飞秒激光，通过分光镜将飞秒激光分成两路，其中第一路飞秒激光作为泵浦光入射到光学参量振荡器后产生波长比第一路飞秒激光长的激发光；其中第二路飞秒激光通过反射镜和延迟线，与第一路飞秒激光产生的激发光实现同步汇合，以形成汇合激光，该汇合激光通过第一双色分光镜入射到扫描器上，而后再通过第二双色分光镜并由物镜聚焦到检测样品上，汇合激光与检测样品产生的2PEF、3PEF、SHG和THG光信号反向通过物镜收集，再由第二双色分光镜反射到探测系统，所述探测系统包括用于反射出2PEF、3PEF、SHG和THG光信号的长通滤波片和分别设置在该些长通滤波片的反射光方向上的光电倍增管，所述光电倍增管将2PEF、3PEF、SHG和THG光信号分别转换成电信号，所述电信号分别接至计算机的输入端，由计算机同时显示来自生物组织内源性不同成分微结构的高对比度成像，汇合激光与检测样品产生的双光子激发荧光、三光子激光荧光、二次谐波和三次谐波光信号反向通过相同的物镜收集，不经过扫描器直接由第二双色分光镜反射到探测系统，避免了因扫描器对产生光信号的衰减而影响三光子激光荧光和三次谐波光信号的探测，而且，来自组织的二次谐波光信号由两个光电倍增管转换成的两种电信号，分别接至计算机的输入端，在计算机内的叠加将提高组织二次谐波成像的亮度。该方法是从横向方面获取具有双折射性质的生物组织的超微结构。目前基本上都是单独利用光学相干层析成像和多光子显微成像系统对生物组织进行成像，只能单一获得纵向或横向的信息，无法实时同步的对同一病理组织做不同侧重点的分析，使得在病理的诊断和监测治疗的过程中无法全面获取信息。此外，具有很强双折射性质的生物组织，其病变在双折射性质上有很明显的变化特征，目前较少利用生物的双折射性作为病理诊断的依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可实现同步获取生物组织，特别是具有双折射效应的组织的纵向结构与横向结构、方向性和光谱特征的无损、实时、动态的偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统，包括控制与处理模块、偏振光学相干层析成像模块、偏振多光子显微成像模块和扫描模块；所述扫描模块包括主二色镜、扫描振镜和数控三维样品台；所述偏振光学相干层析成像模块包括第一激光器、隔离器、第一偏振器、保偏光纤耦合器、第一四分之一波片、第一准直器、平面镜、第二四分之一波片、第二准直器、第一反射镜、透镜、偏振光分束器、第一光谱仪、第二光谱仪、数据采集卡；第一激光器发出的光束依次经过隔离器和第一偏振器后变为偏振光耦合进保偏光纤耦合器，经保偏光纤耦合器将光束分为参考臂光路和样品臂光路，参考臂光路的光经过第一四分之一波片和第一准直器后经平面镜反射沿原路返回至保偏光纤耦合器，样品臂光路的光依次经过第二四分之一波片、第二准直器和第一反射镜，经透镜聚焦后在主二色镜处反射进入扫描振镜，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的光和从参考臂光路上经平面镜沿原路返回的参考光在保偏光纤耦合器处相干后由偏振分束器分成两路分别进入第一光谱仪和第二光谱仪，数据采集卡采集第一光谱仪和第二光谱仪上的光学数据；所述偏振多光子显微成像模块包括第二激光器、第二偏振器、声光调制器、次二色镜、第二反射镜、滤光片和三十二通道探测器；第二激光器发射的光束依次经过第二偏振器和声光调制器，然后依次经次二色镜和主二色镜透射后入射到扫描振镜上，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的荧光和二次谐波信号光反向透过主二色镜后在次二色镜处反射，再由第二反射镜反射到滤光片上，经滤光片滤光后进入三十二通道探测器；所述控制与处理模块用于控制扫描振镜和数控三维样品台的工作状态，以及用于处理数据采集卡采集的光学数据和三十二通道探测器的探测数据，并通过图像的融合算法实现双模成像。本专利技术的有益效果在于：将偏振光学相干层析成像与多光子显微成像两种不同功能的影像技术集为一体，达到两种影像模式并行应用；利用光学相干层析成像技术和光与物质相互作用发射的二次谐波信号与荧光信号，在同一部位获取生物组织的显微结构、光谱、光学特性等特征，并利用其偏振特征，可有效的获得具有双折射特性的生物组织的性质，以实现生物组织的三维的叠加图像及病理、光谱、双折射性质；从纵向与横向的双模特征评价组织的病理特性，是一种实时、无损、动态的成像系统。附图说明图1是本专利技术实施例偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统的原理图。标号说明：1-偏振光学相干层析成像模块；2-偏振多光子显微成像模块；3-扫描模块；4-控制与处理模块；101-第一激光器；102-隔离器；103-第一偏振器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统，其特征在于：包括控制与处理模块、偏振光学相干层析成像模块、偏振多光子显微成像模块、和扫描模块；所述扫描模块包括主二色镜、扫描振镜和数控三维样品台；所述偏振光学相干层析成像模块包括第一激光器、隔离器、第一偏振器、保偏光纤耦合器、第一四分之一波片、第一准直器、平面镜、第二四分之一波片、第二准直器、第一反射镜、透镜、偏振光分束器、第一光谱仪、第二光谱仪、数据采集卡；第一激光器发出的光束依次经过隔离器和第一偏振器后变为偏振光耦合进保偏光纤耦合器，经保偏光纤耦合器将光束分为参考臂光路和样品臂光路，参考臂光路的光经过第一四分之一波片和第一准直器后经平面镜反射沿原路返回至保偏光纤耦合器，样品臂光路的光依次经过第二四分之一波片、第二准直器和第一反射镜，经透镜聚焦后在主二色镜处反射进入扫描振镜，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的光和从参考臂光路上经平面镜沿原路返回的参考光在保偏光纤耦合器处相干后由偏振分束器分成两路分别进入第一光谱仪和第二光谱仪，数据采集卡采集第一光谱仪和第二光谱仪上的光学数据；所述偏振多光子显微成像模块包括第二激光器、第二偏振器、声光调制器、次二色镜、第二反射镜、滤光片和三十二通道探测器；第二激光器发射的光束依次经过第二偏振器和声光调制器，然后依次经次二色镜和主二色镜透射后入射到扫描振镜上，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的荧光和二次谐波信号光反向透过主二色镜后在次二色镜处反射，再由第二反射镜反射到滤光片上，经滤光片滤光后进入三十二通道探测器；所述控制与处理模块用于控制扫描振镜和数控三维样品台的工作状态，以及用于处理数据采集卡采集的光学数据和三十二通道探测器的探测数据，并通过图像的融合算法实现双模成像。...

【技术特征摘要】
1.一种偏振光学相干层析与偏振多光子显微的双模成像系统，其特征在于：包括控制与处理模块、偏振光学相干层析成像模块、偏振多光子显微成像模块、和扫描模块；所述扫描模块包括主二色镜、扫描振镜和数控三维样品台；所述偏振光学相干层析成像模块包括第一激光器、隔离器、第一偏振器、保偏光纤耦合器、第一四分之一波片、第一准直器、平面镜、第二四分之一波片、第二准直器、第一反射镜、透镜、偏振光分束器、第一光谱仪、第二光谱仪、数据采集卡；第一激光器发出的光束依次经过隔离器和第一偏振器后变为偏振光耦合进保偏光纤耦合器，经保偏光纤耦合器将光束分为参考臂光路和样品臂光路，参考臂光路的光经过第一四分之一波片和第一准直器后经平面镜反射沿原路返回至保偏光纤耦合器，样品臂光路的光依次经过第二四分之一波片、第二准直器和第一反射镜，经透镜聚焦后在主二色镜处反射进入扫描振镜，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的光和从参考臂光路上经平面镜沿原路返回的参考光在保偏光纤耦合器处相干后由偏振分束器分成两路分别进入第一光谱仪和第二光谱仪，数据采集卡采集第一光谱仪和第二光谱仪上的光学数据；所述偏振多光子显微成像模块包括第二激光器、第二偏振器、声光调制器、次二色镜、第二反射镜、滤光片和三十二通道探测器；第二激光器发射的光束依次经过第二偏振器和声光调制器，然后依次经次二色镜和主二色镜透射后入射到扫描振镜上，而后入射到数控三维样品台上的待测样品上，从待测样品返回的荧光和二次谐波信号光反向透过主二色镜后在次二色镜处反射，再由第二反射镜反射到滤光片上，经滤光片滤光后进入三十二通道探测器；所述控制与处理模块用于控制扫描振镜和数控三维样品台的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑莲，李晖，李志芳，何友武，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35