[发明专利]一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置及方法

说明书

本发明实施例提供一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置及方法，该装置包括：激光发射模块产生非线性的激发脉冲光；线扫描模块获取激发脉冲光的角色散和偏转角，并使得所述激发脉冲光对样品进行扫描；光学显微模块在样品中形成同时在空间及时间两个维度聚焦的聚焦线，以基于非线性光学效应激发样品产生发射光信号；同步滤波模块探测样品的发射光信号，并对发射光信号进行滤波；重建模块根据同步滤波模块探测到的发射光信号进行二维重建，获取样品的重构图像。本发明可有效地抑制杂散光造成的信号串扰，具有宽视场、高空间分辨率、高时间分辨率、深穿透深度等优点，可为生物动态过程研究、疾病诊断依据等提供丰富信息。

技术领域

本发明实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置及方法。

背景技术

光学显微成像具有非侵入式、高灵敏度、高分辨率、成像尺度灵活等优点，已成为生物医学研究必备的技术手段。目前，光学显微成像已不仅应用于生物动态过程研究，还应用于临床疾病诊断等诸多领域。但是，由于生物组织具有各向异性与非均匀性，光在生物组织中传播时将经历随机折射与散射，造成信号串扰，降低成像的信噪比。

为了克服生物组织散射的影响，人们发展了激光扫描共聚焦显微技术，即通过在探测端引入共焦针孔滤除散射引起的杂散光，从而提高了成像的信噪比。但是，由于该技术是基于单光子吸收效应，整个激发光路中都将激发出荧光，造成不容忽视的光毒性。多光子显微技术的出现，巧妙地解决了上述问题。所谓多光子显微技术，是指基于非线性光学效应产生光信号的方法。

与单光子吸收效应不同，非线性光学效应需要瞬间吸收多个光子才能发生，其产生概率非常低，通常仅在聚焦焦点处产生，从而实现局域激发。此外，由于非线性光学效应需要采用更长的波长激发，这不仅降低了光毒性，也可有效地对抗散射，提高成像深度。

常规的多光子显微技术大多采用点扫描方式进行逐点成像，由于扫描元件的机械惯性，其成像速度存在着瓶颈制约。为了提高成像速度，可以借鉴宽场成像的概念，因此出现了时空聚焦技术，即通过时域、空域两个维度对激发光脉冲进行聚焦，实现宽场层析激发。

根据激发区域的形状，时空聚焦显微技术可分为线扫时空聚焦显微和面激发时空聚焦显微。其中，前者在物镜焦面上实现了条形(线)激发，故仅需在与其垂直的方向进行扫描即可进行二维成像，故称为线扫时空聚焦显微。需要指出的是，尽管时空聚焦显微技术基于非线性光学效应实现了深层组织的宽场层析激发，但是其所激发出光信号仍将受到组织散射的影响，造成信号串扰，故在采用宽场探测时成像深度仍将受限。

发明内容

针对上述问题，本发明实施例提供一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像装置，包括：

激光发射模块，用于产生非线性的激发脉冲光；

线扫描模块，用于获取所述激发脉冲光的角色散和偏转角，并使得所述激发脉冲光对样品进行扫描；

光学显微模块，用于在所述样品中形成同时在空间及时间两个维度聚焦的聚焦线，以基于非线性光学效应激发所述样品产生发射光信号；

同步滤波模块，用于探测所述样品的发射光信号，并对所述发射光信号进行滤波，所述同步滤波模块的触发信号和所述线扫描模块的触发信号同步；

重建模块，用于根据所述同步滤波模块探测到的发射光信号进行二维重建，获取所述样品的重构图像。

第二方面，本发明实施例提供一种基于线扫描时空聚焦的光显微成像方法，包括：

产生非线性的激发脉冲光；

获取所述激发脉冲光的角色散和偏转角，并使得所述激发脉冲光对样品进行扫描；