图像引导显微拉曼光谱分析制造技术

公开了用于同时成像的感兴趣点或感兴趣区域的共焦拉曼光谱分析的系统。该成像可用于感兴趣点或感兴趣区域的实时选择用于拉曼光谱分析，并在拉曼光谱被获取时监控样本的不需要的运动。所公开的实施例在共焦拉曼光谱系统中应用反射共焦显微术(RCM)。单个激光器可用作RCM和显微拉曼光谱分析两者的光源。法拉第光隔离器可用于提取用于成像的RCM信号。如本文所述的系统具有用于离体样本和体内皮肤测量的示例应用。量的示例应用。量的示例应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】图像引导显微拉曼光谱分析
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年9月4日提交的且标题为“MICRO
‑
RAMAN SPECTROSCOPY WITH SIMULTANEOUS REFLECTANCE CONFOCAL MICROSCOPY MONITORING USING A SINGLE LASER”的美国申请号62/726746的优先权，该美国申请为了所有目的特此通过引用被并入本文。为了美利坚合众国的目的，本申请根据《美国法典》第35编第119条要求2018年9月4日提交的且标题为“MICRO
‑
RAMAN SPECTROSCOPY WITH SIMULTANEOUS REFLECTANCE CONFOCAL MICROSCOPY MONITORING USING A SINGLE LASER”的美国申请号62/726746的权益，该美国申请为了所有目的特此通过引用被并入本文。
[0003]领域
[0004]各种类型的癌症是死亡和健康不佳的主要原因。检测组织异常例如癌症和早期癌症的位置是在为受多种形式的癌症影响的患者改善结果时的重要步骤。以找到有效和高效的方式来识别异常组织为目的探索了范围广泛的技术。
[0005]用于描绘组织的特征的一种有前途的技术是拉曼光谱分析(Raman spectroscopy)。拉曼光谱分析可用于通过将光指向组织来研究组织。一些光从组织非弹性地散射。与组织标本的非弹性相互作用可以使散射光具有相对于入射光的波长移动(拉曼频移)的波长。散射光的波长光谱(拉曼光谱)包含关于组织的性质的信息。拉曼峰一般很窄，且在许多情况下可归因于在分子中的特定化学键(或由官能团的振动主导的正常模式)的振动。因此，拉曼光谱为各种分子种类的存在提供“指纹”。拉曼光谱的分析可以提供关于组织的详细生化信息。拉曼光谱分析可以既用于分子种类的定性鉴定又用于定量测定。
[0006]一些拉曼光谱分析技术提供非常高的空间分辨率。例如，共焦拉曼光谱分析(CRS)可以在高空间分辨率的情况下提供分子指纹信息。CRS已广泛用在用于癌症检测、皮肤评估、细胞生物化学和其他应用的生命科学研究中。
[0007]拉曼散射光一般相对微弱。当单色光照在样本上时，几乎所有观察到的光都在没有能量(或波长)的变化的情况下被弹性地散射(瑞利散射)。只有散射光的非常小的部分(一般大约108中的1份)被非弹性地散射(拉曼散射)。由于这个原因，在特定点处获取组织的拉曼光谱通常相当慢。例如，获得拉曼光谱常常花费至少几秒。
[0008]与其他技术(例如磁共振成像(MRI)、x射线成像、计算机断层(CT)扫描或摄影成像)不同，基于点的技术例如CRS不能快速询问大体积的组织或大面积的组织表面。因为使用CRS或其他基于点的技术来测量大面积的组织通常不是实际的，特别是对于体内应用，存在对识别哪些点要使用CRS来询问的方式的需要。在待研究的组织在身体内部(例如在肺或其他器官内的通道中)时，情况尤其如此。
[0009]P.Caspers等人的Biophys J(85(2003)572
‑
580)和C.A.Patil等人的Biomed.Opt.Express(3(2012)488
‑
502)描述了将CRS与反射共焦显微镜(RCM)集成的系统。在这些系统中，使用RCM获得的图像可用于识别用于执行CRS的位置。这些系统不允许CRS和RCM被同时执行。利用这些系统，RCM可以用于识别用于执行CRS的位置(即感兴趣点或“POI”)。然后关掉RCM成像，并从预定感兴趣点获取CRS。
Breast Surgery Using Raman Spectroscopy(Cancer Res2006；66:3317
‑
3322)；
[0027]h)Rajadhyaksha M等人的In Vivo Confocal Scanning Laser Microscopy of Human Skin II:Advances in Instrumentation and Comparison With Histology(J Invest Dermatol 1999；113:293
‑
303)；
[0028]i)Lieber CA等人的In vivo nonmelanoma skin cancer diagnosis using Raman microspectroscopy(Laser Surg Med 2008；40(7):461
‑
467)；
[0029]j)Tu AT的Raman spectroscopy in biology:principles and applications(New York,NY:Wiley；1982)；
[0030]k)Hanlon EB等人的Prospects for in vivo Raman spectroscopy(Physics in Medicine and Biology 2000；45:R1
‑
R59)；
[0031]l)Robichaux
‑
Viehoever A等人的Characterization of Raman spectra measured in vivo for the detection of cervical dysplasia(Appl.Spectrosc.2007；61pp.986
‑
997)；
[0032]m)Guze K等人的Parameters defining the potential applicability of Raman spectroscopy as a diagnostic tool for oral disease(J.Biomed.Opt.2009；14:0140161
‑
9)；
[0033]n)Huang Z等人的Integrated Raman spectroscopy and trimodal wide
‑
field imaging techniques for real
‑
time in vivo tissue Raman measurements at endoscopy(Opt.Lett.2009；34:758
‑
760)；
[0034]o)Huang Z等人的Near
‑
infrared Raman spectroscopy for optical diagnosis of lung cancer(Int.J.Cancer 2003；107:1047
‑
1052)；
[0035]p)Magee ND等人的Ex Vivo diagnosis of lung cancer using a Raman minip本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于图像引导光谱分析的系统，所述系统包括：第一光源，其被布置成将第一光发射到延伸到物镜的第一光路中，所述第一光路包括扫描仪和在所述扫描仪和所述物镜之间的光组合器，所述第一光路还包括包含法拉第旋转器的光隔离器，所述法拉第旋转器位于所述第一光源和所述扫描仪之间，所述光隔离器被配置为将正向传播的光传递到所述物镜，并将反向传播的光引导到光检测器；第二光源，其被布置成将第二光发射到延伸到所述物镜的第二光路中，所述第二光路在所述光组合器处与所述第一光路合并；以及在所述第二光路中的波长选择器，所述波长选择器被布置成将对应于在拉曼频移之后的所述第二光的波长引导到光谱仪。2.根据权利要求1或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述第一光和第二光在所述光组合器处具有正交偏振态。3.根据权利要求2或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述光组合器包括偏振分束器。4.根据权利要求2或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述光组合器包括偏振带通滤波器，所述偏振带通滤波器具有在所述第二光的波长和对应于在拉曼频移之后的所述第二光的波长之间的截止波长。5.根据权利要求1到4中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述第一光和所述第二光具有相同的波长。6.根据权利要求5或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述第一光和所述第二光发源于单个激光器，并且所述系统包括被布置成将来自所述激光器的光束分成所述第一光和所述第二光的分束器。7.根据权利要求6或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述分束器是偏振分束器，并且所述系统包括被安装成在所述激光器和所述分束器之间旋转的半波片。8.根据权利要求1到7中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述波长选择器位于所述物镜和所述光组合器之间。9.根据权利要求1到7中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述波长选择器位于所述第二光源和所述光组合器之间。10.根据权利要求1到9中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，包括被布置成将由所述波长选择器引导的拉曼频移光聚焦到光纤中的一个或更多个光学元件，所述光纤被连接以将所述拉曼频移光传送到所述光谱仪。11.根据权利要求1到7中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，包括在所述第二光路中的转向光学器件，所述转向光学器件被配置成选择性地定位所述第二光在所述物镜的视场内由所述物镜聚焦于的点。12.根据权利要求11或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述波长选择器在所述转向光学器件和所述第二光源之间。13.根据权利要求11或本文的任何其他权利要求所述的系统，包括光纤束，所述光纤束包括被布置成将由所述波长选择器引导的拉曼频移光传送到所述光谱仪的多根光纤，其中所述光纤中的每一根对应于所述第二光在所述物镜的视场内由所述物镜聚焦于的所述点的位置。
14.根据权利要求13或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述波长选择器位于所述物镜和所述光组合器之间。15.根据权利要求11到14中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述转向光学器件包括电子可控扫描仪，并且所述系统包括被配置为控制所述电子可控扫描仪根据扫描图案来扫描所述视场的一部分的电子器件，使得所述光谱仪为所述视场的所述部分获得拉曼光谱。16.根据权利要求15所述的系统，包括用于在对所述视场同时成像时实时地调整所述视场的所述部分的边界的控件。17.根据权利要求1到17中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，包括控制单元，所述控制单元被连接以控制所述扫描仪以扫描图案扫过所述第一光在成像区域上由所述物镜聚焦于的点，并被配置为处理所述光检测器的输出以生成图像并将所述图像显示在显示器上。18.根据权利要求17或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述控制单元被配置为在所显示的图像中包括标记，所述标记指示所述第二光由所述物镜聚焦于的在所述成像区域内的位置。19.根据权利要求17或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述控制单元被配置为监控所述图像以得到指示所述物镜相对于样本的移动的变化。20.根据权利要求17或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述控制单元被配置为调整所述第二光由所述物镜聚焦于的在所述成像区域内的所述位置以补偿任何检测到的移动。21.根据权利要求17或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述控制单元被配置为响应于检测到所述物镜相对于所述样本的移动而生成警报信号。22.根据权利要求17到21中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述控制单元被配置为以每秒至少1帧的帧速率生成所述图像。23.根据权利要求1到22中的任一项或本文的任何其他权利要求所述的系统，包括位于所述第二光路中并能够用来以扫描图案扫描所述第二光由所述物镜聚焦于的点的第二扫描仪，所述扫描图案包括在感兴趣区域中的多个位置。24.根据权利要求23或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述第二扫描仪能够用来连续地在所述多个位置中的不同位置之间扫描所述第二光聚焦于的点。25.根据权利要求23或权利要求24或本文的任何其他权利要求所述的系统，其中所述第二扫描仪位于所述第二光源和所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：武振国，曾海山，赵建华，姜丽薇，
申请(专利权)人：省卫生服务局，
类型：发明
国别省市：