[发明专利]一种基于相干探测的多光子超深度组织成像设备及其检测成像方法

说明书

本发明公开了一种基于相干探测的多光子超深度组织成像设备及其检测成像方法，其将多光子成像技术与光学相干层析成像技术相结合，实现对被测样本的超深度、高分子特异性成像；设备包括超短脉冲飞秒激光光源、光调制单元、光学相干显微单元，其中光调制单元调制输入激光生成连续谱激光，光学相干显微单元用于对生物样本进行相干探测，系统可以同时探测组织的OCT和SH‑OCT信号，获取组织特定结构和其周围环境的分子微环境信息，结合图像分析方法可以对组织结构与功能进行定量表征。本发明能够反映组织超深度结构与功能信息，具有超深度、强分子特异性识别能力、高时空分辨率、快速成像等优势，兼具组织结构功能信息和分子特异性信息。

技术领域

本发明属于光学显微成像技术领域，具体涉及一种基于相干探测的多光子超深度组织成像设备及其检测成像方法。

背景技术

生物组织的大深度成像能帮助我们更全面地检测组织的各种病理变化。例如，在人体皮肤中，表皮层底部细胞的功能失调是产生黑色素瘤、基底细胞癌、鳞状细胞癌等皮肤癌的主要原因，这些细胞会在癌症第二阶段渗透到皮肤更深的真皮层，最后到达皮下脂肪。研究表明，如果在早期阶段发现癌症并及时治疗，那么存活率可以达到97％。对皮肤表皮层和真皮层的高分辨成像，有助于早期发现和实时监控癌细胞的转移，结合及时的医学治疗，能够有效降低皮肤癌的死亡率。然而，常规二次谐波成像在组织散射等因素的影响下成像深度只能达到表皮层，扩展二次谐波的成像深度对监控和治疗皮肤癌等疾病有重大意义。

光学相干层析成像(OCT)通过探测生物组织内部不同深度的后向散射或反射的光信号和参考光产生的干涉信号，获得样品内部微观结构的层析图像，可以实现微米量级分辨率和毫米量级成像深度的在体成像，在生物医学领域发挥重要作用。由于光学相干层析成像的对比度来源于生物折射率的变化，但由于不同病理状态下由细胞代谢引起的折射率变化不大，因此该成像方式缺乏对分子的特异性识别能力。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种基于相干探测的多光子组织超深度成像设备及其检测成像方法，其将多光子显微技术与光学相干显微技术相结合，实现对组织样本的超深度成像与定量表征。

本发明采用以下技术方案实现：

一种基于相干探测的多光子超深度组织成像设备，包括飞秒激光光源、光调制单元、光学相干显微单元以及计算机，其中：

所述飞秒激光光源利用钛蓝宝石激光器产生超短脉冲飞秒激光；

所述光调制单元对超短脉冲飞秒激光进行调制，进而将调制后的激光送入光学相干显微单元；

所述光学相干显微单元利用输入的调制光对生物样本进行二次谐波-相干探测，获得毫米级大深度的组织图像；

所述计算机对所得组织图像进行定量分析，获得反映组织病理特征的结构与功能信息。

上述技术方案中，进一步地，所述光调制单元包括：

光隔离器，用于限制激光单方向传输，防止激光反向进入激光器对激光器造成损伤；

起偏器，用于产生特定偏振方向的偏振光；

半波片，用于调整偏振光的偏振方向；

透镜L1，用于将调整偏振方向后的激光耦合进单模光纤；

单模光纤，用于扩展激光的光谱宽度，产生连续谱激光；

透镜L2，用于将连续谱激光扩束为具有适配光斑尺寸的激光。

更进一步的，所述单模光纤产生的连续谱激光的脉冲光谱宽度为45nm。