[發(fā)明專利]用于垂直橫截面成像的多光子內(nèi)窺顯微鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780074828.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN110062603B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肯·奧爾德姆;J·崔;段西雨;托馬斯·D·王;李海軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 密歇根大學(xué)董事會(huì)
• 主分類號(hào): A61B6/00
• 分類號(hào): A61B6/00;G01N21/64;G01N33/483;G02B3/00
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 郭艷芳;王琦

一種多光子光學(xué)探針包括探針殼體、聯(lián)接到橫向鏡組件的橫向掃描臺(tái)和聯(lián)接到軸向鏡組件的遠(yuǎn)程軸向掃描臺(tái)。所述橫向掃描臺(tái)適于通過(guò)移動(dòng)所述橫向鏡組件在樣品的平面掃描區(qū)域上掃描輸出激光能量。所述軸向掃描臺(tái)適于在所述樣品的垂直深度范圍內(nèi)掃描所述輸出激光能量，所述垂直深度范圍與所述平面掃描區(qū)域組合形成三維體積。控制器與聯(lián)接到所述軸向鏡組件的多個(gè)遠(yuǎn)程致動(dòng)腿一起操作，以便提供水平成像平面，這繼而提供清晰的掃描圖像。

政府支持聲明

本發(fā)明是以國(guó)立衛(wèi)生研究院授予的EB020644和CA142750撥款在政府支持下完成的。政府對(duì)本發(fā)明享有一定權(quán)利。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求名稱為“具有遠(yuǎn)程MEMS掃描機(jī)構(gòu)的多光子內(nèi)窺顯微鏡中的垂直光束掃描(Vertical?Beam?Scanning?In?Multi-Photon?Endomicroscopy?with?Remote?MEMSScanning?Mechanisms)”并于2016年12月2日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/429,438號(hào)的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)申請(qǐng)全文以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體涉及用于使用光學(xué)儀器對(duì)組織成像的技術(shù)，并且更具體地涉及用于使用光學(xué)儀器使得可進(jìn)行二維(2D)和三維(3D)掃描的技術(shù)。

背景技術(shù)

本文提供的背景描述是為了總體上呈現(xiàn)本公開的背景。就本背景技術(shù)部分中所描述的程度而言，當(dāng)前署名的發(fā)明人的工作，以及在提交時(shí)可不以其它方式具有資格作為現(xiàn)有技術(shù)的描述的方面，既不明確地也不隱含地被承認(rèn)為本公開的現(xiàn)有技術(shù)。

內(nèi)窺顯微鏡通常用于以平行于組織的表面的水平平面掃描對(duì)象。然而，垂直平面(在本文中也稱為軸向平面或組織內(nèi)平面)可對(duì)于對(duì)垂直于組織表面發(fā)育的生物過(guò)程、如正常上皮發(fā)育、干細(xì)胞遷移和腫瘤侵襲的過(guò)程進(jìn)行成像更有用。對(duì)體內(nèi)生物過(guò)程的垂直平面進(jìn)行成像的需求推動(dòng)了許多微型儀器(包括多光子顯微鏡裝置)設(shè)計(jì)的開發(fā)。然而，先前的設(shè)計(jì)都不提供生成實(shí)時(shí)橫截面圖像所需的軸向位移和掃描速度，并且先前的設(shè)計(jì)都不以不嚴(yán)重?fù)p害樣本的可用的形狀因子這樣做。舉例來(lái)說(shuō)，常規(guī)的內(nèi)窺顯微鏡體積龐大并且不可重復(fù)進(jìn)入待成像的區(qū)域，如結(jié)腸。

多光子顯微鏡使用長(zhǎng)波長(zhǎng)光的強(qiáng)脈沖提供高分辨率和顯著的成像深度，所述長(zhǎng)波長(zhǎng)光的強(qiáng)脈沖能夠穿透圖像表面以通過(guò)非線性效應(yīng)激發(fā)更短波長(zhǎng)的光子。相對(duì)于其它深組織光學(xué)成像模態(tài)，多光子顯微鏡除了與各種靶向熒光生物標(biāo)記物的相容性之外，還具有減少光漂白和激發(fā)內(nèi)源熒光的能力的益處。

盡管有許多微型多光子儀器，但仍需要可通過(guò)軸向光束掃描對(duì)組織進(jìn)行深度成像的內(nèi)窺顯微鏡。能夠進(jìn)行深度成像的現(xiàn)有系統(tǒng)利用傳統(tǒng)的臺(tái)式顯微鏡，因此增加了實(shí)驗(yàn)復(fù)雜性、研究侵襲性和生物學(xué)行為。

為了在小型儀器中最好地利用多光子成像能力，期望支持超快激光的快速軸向(即，垂直或組織內(nèi))掃描。足夠快速的軸向掃描可支持體內(nèi)垂直光學(xué)切片，從而提供組織學(xué)家用于診斷和監(jiān)測(cè)如結(jié)腸癌或食道癌的疾病的同一平面中的組織的實(shí)時(shí)橫截面圖像。然而，先前的內(nèi)窺鏡儀器為在多光子成像期間改變焦深提供了有限的支持。幾個(gè)面對(duì)多光子內(nèi)窺鏡已經(jīng)表征了平面外或z軸的分辨率，但僅通過(guò)物理移動(dòng)被成像的樣本。當(dāng)在z軸上移動(dòng)時(shí)，保持水平成像平面以提供清晰圖像是特別重要的。

為了在垂直平面中創(chuàng)建圖像，獲取并且然后重建一系列水平平面圖像。這種方法通常很慢并且難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闃悠分械恼駝?dòng)可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)偽影。

現(xiàn)有的掃描系統(tǒng)經(jīng)常使用許多需要大的遠(yuǎn)端光學(xué)器件(例如，5-10mm)的大致動(dòng)器生成光學(xué)透鏡組件的軸向移動(dòng)。這些系統(tǒng)可在軸向方向上采用Lissajous掃描或“平面內(nèi)”掃描，其中成像裝置必須移動(dòng)到期望的深度、停止、掃描組織，然后行進(jìn)到下一個(gè)期望的深度并重復(fù)此過(guò)程。在雙軸共聚焦顯微鏡中，可采用壓電致動(dòng)，并且還可在X-Y和X-Z平面之間使用可選擇的Lissajous掃描。在具有光柵或“平面外”掃描能力的系統(tǒng)中，只可在X-Z平面中進(jìn)行成像。這些系統(tǒng)還需要大的遠(yuǎn)端光學(xué)器件。

發(fā)明內(nèi)容