[发明专利]一种基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像系统

权利要求书

1.一种基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像系统，其特征在于，所述基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像系统包括：

激发源模块，用于将激发光分成多束；

成像体控制模块，用于调整样本位置以及固定样本，处于成像视野的位置；

信号收集模块，样本被激发后发射拉曼散射光，经过滤波单元去除瑞利散射光，经过大数值孔径收集透镜收集聚焦后由高灵敏度单点微弱信号探测器接收，将光信号转化为电信号后，传输至控制与计算模块进行存储和后续处理；

控制与计算模块，用于控制多束激发光束产生单元、频率调制单元、成像体控制模块、空间编码单元和高灵敏度单点微弱信号探测器；计算机处理单元包括基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像图像恢复方法，用于设计频率调制方式、空间编码模式以及对采集的序列拉曼散射光信号进行图像恢复；

所述激发源模块的频率调制单元对照射到样本不同位置的多束激发光束进行不同的频率调制；频率调制单元包括空间光调制器，用于对多束激光束进行光强度的频率调制，确保照射到样本不同位置的激光束强度具有不同的调制频率，则样本中激发的拉曼散射光携带有不同的调制频率；

所述信号收集模块包括空间编码单元，滤波单元、大数值孔径透镜、高灵敏度单点微弱信号探测器；

所述控制与计算模块包括计算机控制单元和计算机处理单元；

计算机控制单元包括图像采集卡，用于控制多束激发光束产生单元、频率调制单元、成像体控制模块、空间编码单元和高灵敏度单点微弱信号探测器；

计算机处理单元包括基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像图像恢复方法，用于设计频率调制方式、空间编码模式以及对采集的序列拉曼散射光信号进行图像恢复；

所述激发源模块包括连续波激光器、分光镜；

所述分光镜一端连接于激光器一端。

2.一种实现权利要求1所述基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像系统的基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像图像恢复方法，其特征在于，所述基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像图像恢复方法包括以下步骤：

步骤一，输出并传输光源；连续波激光器发射的激光经分光镜分为多束激发光，并传输到频率调制单元；

步骤二，设计频率调制模式、激发拉曼散射光；设计空间光调制器的编码模式，使空间光调制器每个像元通过的光具有不同的强度调制频率，且随着时间的流逝，空间光调制器的编码模式不同；

步骤三，设计空间编码模式；拉曼散射光经漫射传输到样本表面，设计空间编码的模式，使样本表面不同位置的拉曼散射光带上不同的位置信息，通过变换空间编码模式，高灵敏度单点微弱信号探测器收集多个序列数据；

步骤四，收集并存储信号；利用信号收集模块采集单点序列数据，并传递到控制与计算模块进行存储和后续处理；

步骤五，建立空间编码和频率调制模型；利用空间编码的物理过程，建立空间编码的数学模型，并构造空间编码矩阵S，建立高灵敏度单点微弱信号探测器采集的拉曼散射信号序列R与待恢复样本表面拉曼图像D之间的数学关系式；

步骤六，恢复图像；基于稀疏正则化策略建立目标函数，采用优化方法对不同激发点对应的样本表面拉曼图像进行恢复。

3.如权利要求2所述的基于频率调制和空间编码的拉曼断层成像图像恢复方法，其特征在于，所述步骤二的空间光调制器每个像元的调制频率由单点采集时间和待恢复图像像素个数按如下原则确定：

(1)由单点采集时间t确定最高调制频率f_max，

(2)由待恢复图像像素个数N确定时间序列采集点数，

(3)由时间序列采集点数n确定最低调制频率f_min，

(4)由最高调制频率、最低调制频率和待恢复图像像素个数N，确定调制频率分辨率以及每个像元的调制频率。