[发明专利]3D激光消融层析成像和光谱分析

说明书

政府支持声明

本发明在海军研究局给予的第W00014-05-C-0241号授权下得到政府支持。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本发明总体涉及成像方法和装置并涉及光谱分析方法和装置。

背景技术

共聚焦显微镜，是一项普遍实行的非破坏性技术，其可以使薄的焦平面进行成像而不受背景噪声干扰。这些图像可以堆叠以形成物体的三维模型，但是只限于亚毫米波段及半透明或透明物质。M.P.Echlin等所著的刊登在Adv.Mater.(先进材料期刊)23:2339-2342(2011)上的《一种用于多相材料的新飞秒基于激光的层析成像》一文中描述了另一种新开发的激光层析成像方法，这种方法使用朝向成像表面垂直定向的光束，并以已知速率去除材料。这种方法用于金属且对于具有变化的坚固度、密度、孔隙度及吸收系数的样本不奏效，因为贯穿深度会基于这些特性而变化。

其他成像手段包括显微切片机方法和X射线微层析成像。显微切片机(概念上类似于肉类切片机)被用于从嵌在白蜡基质内的样品切出薄的部分，薄的部分之后基质被转移到溶液浴器去除多余的基质，接着被转移到成像设备，被对齐、捕获并数字堆叠成3D模型。X射线层析成像是无破坏性的且使用虚拟切片，虚拟切片通过薄X射线光束获取并能够以计算方式重建。但是，这种方法不能得出组分数据或者颜色，而仅能产生材料的X射线吸收率的布局图(与密度轮廓相关)。

有许多对材料或者样品进行组分分析或分子分析的方法。例如，光谱技术包含激光诱导荧光(LIFs)、激光诱导击穿(LIBs)、高光谱成像和其他技术。但是，这些技术通常作为带有专用装置的独立工序来实行。

发明内容

本发明提供了一种方法，该方法使用激光片光或光束使样品成像或对样品进行分析。本发明只有在样品达到期望的量时才会增量消融且产生图像堆叠。

附图说明

图1是依照本发明的3D激光消融层析成像系统的一实施例的透视示意图；

图2是3D激光消融和光谱分析系统的透视示意图，示出本发明第一和第二可替换实施例的组成。

图3是类似于图2的透视示意图，但示出了至光谱仪的光路。

图4是样品的一部分的位置栅格和光谱映射图的图示。

图5示出了图4的栅格和映射图的堆叠和取得映射图的位置。

具体实施方式

本发明提供了一种用于层析成像的方法和装置。需要说明的是，术语“层析成像”通常是指通过判读物体内的类似X射线或者声波的“贯穿波”的相互作用来对样品进行重建。此处使用的术语“层析成像”更为宽泛，意思是“经由堆叠横截面的图像来对三维结构进行分析”，且还指的是对选中的样品进行重建以产生类似于传统层析成像技术所产生的数据。

本发明的实施例提供了一种高速、自动、高分辨率及不昂贵的层析成像技术。已经简化了作业系统用于在其他生物样品范围中对植物根部实行具体的切片实例及3D重建。但是，本发明对于其他类型的材料和样品的分析也很有用，且此处说明的实施例不意在限制本发明的保护范围。

根据一些实施例，使样品穿过激光“片”移动，这会消融该样品的截面。用成像系统使此截面成像。如下文将详述地，可以以连续工序或增量步骤来完成样品移动、激光消融及成像。

参见图1，在10处大致示出了层析成像成像系统的一实施例。该系统可用于分析样本或样品12，此处绘示的是一件植物材料。样品12在样品台14上被支承。假定该系统具有样品轴线A-A，且该样品大致沿此轴线安置。该样品不是必须具有轴线，也不是必须将该样品安置成其最长的尺寸沿着该轴线。

在绘示的实施例中，样品台移动使得该样品沿着该样品轴线移动。也可以提供例如垂直、边到边和或倾斜等多种方式的其他的移动。移动系统16用于使台14移动。此移动可以采取多种形式。当台14如所绘示，具有平坦表面时，该台可以采取任何有益于支承样品的形式，且可以被认为是样品支承件。该样品可以部分或完全嵌入诸如泡沫材料的支承基质。