一种超分辨CARS成像方法及系统技术方案

本申请适用于相干反斯托克斯拉曼散射技术领域，提供了一种超分辨CARS成像方法及系统，通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号；通过光纤束传输第二CARS信号，以通过光纤束的色散作用分离第二CARS信号中不同波长的信号；通过光电转换器阵列采集第二CARS信号；通过信号处理装置分析第二CARS信号，获得第二CARS信号的强度和空间分布以及第二CARS信号携带的光谱信息；可以将样品产生的CARS信号的空间分布的表示形式由高斯型点扩展函数转化为双螺旋点扩展函数，提高了轴向分辨率和CARS信号的采集速度，可以实现宽光谱、高速度的光谱探测。高速度的光谱探测。高速度的光谱探测。

【技术实现步骤摘要】
一种超分辨CARS成像方法及系统


[0001]本申请属于相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS)
，尤其涉及一种超分辨CARS成像方法及系统。

技术介绍

[0002]CARS技术，是一种通过探测分子中的化学键对应的特征光谱，来对分子进行特异性识别的方法，具有非标记、低损伤、高分辨率等优势，在细胞生物学研究以及相关应用领域具有重要的意义。
[0003]然而，现有的基于CARS技术的光学系统，由于受到CARS信号的点扩展函数(point spread function，PSF)的轴向分辨率以及光谱仪的探测速度的限制，而无法实现宽光谱、高速度的光谱探测。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例提供了一种超分辨CARS成像方法及系统，以解决现有技术中基于CARS技术的光学系统，由于受到CARS信号的点扩展函数的轴向分辨率的限制，而无法实现宽光谱、高速度的光谱探测的问题。
[0005]本申请实施例的第一方面提供了一种超分辨CARS成像方法，包括：
[0006]通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，所述第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；
[0007]通过光纤束传输所述第二CARS信号，以通过所述光纤束的色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号；
[0008]通过光电转换器阵列采集所述第二CARS信号；
[0009]通过信号处理装置分析所述第二CARS信号，获得所述第二CARS信号的强度和空间分布以及所述第二CARS信号携带的光谱信息和所述样品中化学键的空间分布，所述第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。
[0010]本申请实施例的第二方面提供了一种超分辨CARS成像系统，包括探测光路；
[0011]相位板，用于对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，所述第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；
[0012]光纤束，用于传输所述第二CARS信号，以通过色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号；
[0013]光电转换器阵列，用于采集所述第二CARS信号；
[0014]信号处理装置，分别与所述光电转换器阵列中的每个光电转换器电连接，所述信号处理装置用于分析所述第二CARS信号，获得所述第二CARS信号的强度和空间分布以及所述第二CARS信号携带的光谱信息和所述样品中化学键的空间分布，所述第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。
[0015]本申请实施例的第一方面通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制
得到第二CARS信号，可以将样品产生的CARS信号的空间分布的表示形式由高斯型点扩展函数转化为双螺旋点扩展函数，提高了轴向分辨率；通过光纤束传输第二CARS信号，以通过光纤束的色散作用分离第二CARS信号中不同波长的信号，可以将信号由频域转化为时域，便于获得双螺旋点扩展函数中各点扩展函数的位置信息；通过光电转换器阵列采集第二CARS信号，可以有效提高CARS信号的采集速度；通过信号处理装置分析第二CARS信号，获得第二CARS信号的强度和空间分布以及第二CARS信号携带的光谱信息，最终可以实现宽光谱、高速度的光谱探测。
[0016]可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本申请实施例提供的探测光路结构示意图；
[0019]图2是本申请实施例提供的光纤束的结构示意图；
[0020]图3是本申请实施例提供的超分辨CARS成像系统的结构示意图；
[0021]图4是本申请实施例提供的超分辨CARS成像方法的流程示意图；
[0022]图5是本申请实施例提供的第一CARS信号的空间分布和第二CARS信号的空间分布的示意图。
具体实施方式
[0023]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0024]另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0026]本申请实施例提供一种超分辨CARS成像方法及用于实现该方法的超分辨CARS成像系统，可以应用于细胞生物学研究及相关领域，能够探测化学或生物样品的分子中的化学键的特征光谱，从而对分子进行特异性识别，还可以用于对样品进行三维成像，具有非标记、低损伤、高分辨率、宽光谱、高速度等优点。
[0027]如图1所示，本申请实施例提供的超分辨CARS成像系统，包括探测光路；
[0028]探测光路包括：
[0029]相位板11，用于对样品台100上的样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；
[0030]光纤束12，用于传输第二CARS信号，通过色散作用分离第二CARS信号中不同波长的信号，将第二CARS信号由频域转化为时域；
[0031]光电转换器阵列13，用于采集第二CARS信号；
[0032]信号处理装置14，分别与光电转换器阵列13中的每个光电转换器电连接，用于分析光电转换器阵列13采集的第二CARS信号，获得第二CARS信号的强度和空间分布以及第二CARS信号携带的光谱信息和样品中化学键的空间分布，第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。
[0033]在应用中，通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制，可以改变第一CARS信号的空间分布，使空间分布表示为高斯型点扩展函数第一CARS信号转化为空间分布表示为双螺旋点扩展函数(Double-本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超分辨CARS成像方法，其特征在于，包括：通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，所述第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；通过光纤束传输所述第二CARS信号，以通过所述光纤束的色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号；通过光电转换器阵列采集所述第二CARS信号；通过信号处理装置分析所述第二CARS信号，获得所述第二CARS信号的强度和空间分布以及所述第二CARS信号携带的光谱信息和所述样品中化学键的空间分布，所述第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。2.如权利要求1所述的超分辨CARS成像方法，其特征在于，通过光纤束采集所述第二CARS信号，以通过所述光纤束的色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号之前，包括：通过透镜阵列将所述第二CARS信号耦合至所述光纤束，所述透镜阵列的排布方式与所述光纤束的横截面的排布方式相同。3.如权利要求1所述的超分辨CARS成像方法，其特征在于，所述光纤束由多根单模光纤构成，所述光纤束的外周环绕设置有至少一层单模光纤。4.如权利要求1所述的超分辨CARS成像方法，其特征在于，所述光电转换器阵列由多个光电二极管构成。5.如权利要求1～4任一项所述的超分辨CARS成像方法，其特征在于，对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号之前，包括：通过半波片改变激光器发射的激光信号的偏振方向，得到偏振方向相互垂直的偏振激光信号；通过偏振分光棱镜对所述偏振激光信号进行分光得到探测光信号和泵浦光信号；通过光延时线对所述探测光信号进行延时；通过倍频晶体对所述探测光信号进行倍频，得到具有特定中心波长的探测光信号；通过光子晶体光纤对所述泵浦光信号进行孤子自频移，得到斯托克斯信号；通过双色镜对所述具有特定中心波长的探测光信号和所述斯托克斯信号进行合束；通过第一物镜将合束后的所述具有特定中心波长的探测光信号和所述斯托克斯信号聚焦至所述样品，以激发所述样品产生所述第一CARS信号。6.一种超分辨CARS成像系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹妮，刘正一，李恒，刘双龙，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：