[發明專利]一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像裝置及方法

在審

• 申請號: 201811580361.2
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109799602A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 孔令杰;張元龍;周天貺;謝浩;戴瓊海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明實施例提供一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像裝置及方法，該裝置包括：激光發射模塊產生非線性的激發脈沖光；線掃描模塊獲取激發脈沖光的角色散和偏轉角，并使得所述激發脈沖光對樣品進行掃描；光學顯微模塊在樣品中形成同時在空間及時間兩個維度聚焦的聚焦線，以基于非線性光學效應激發樣品產生發射光信號；同步濾波模塊探測樣品的發射光信號，并對發射光信號進行濾波；重建模塊根據同步濾波模塊探測到的發射光信號進行二維重建，獲取樣品的重構圖像。本發明可有效地抑制雜散光造成的信號串擾，具有寬視場、高空間分辨率、高時間分辨率、深穿透深度等優點，可為生物動態過程研究、疾病診斷依據等提供豐富信息。

技術領域

本發明實施例涉及光學技術領域，尤其涉及一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像裝置及方法。

背景技術

光學顯微成像具有非侵入式、高靈敏度、高分辨率、成像尺度靈活等優點，已成為生物醫學研究必備的技術手段。目前，光學顯微成像已不僅應用于生物動態過程研究，還應用于臨床疾病診斷等諸多領域。但是，由于生物組織具有各向異性與非均勻性，光在生物組織中傳播時將經歷隨機折射與散射，造成信號串擾，降低成像的信噪比。

為了克服生物組織散射的影響，人們發展了激光掃描共聚焦顯微技術，即通過在探測端引入共焦針孔濾除散射引起的雜散光，從而提高了成像的信噪比。但是，由于該技術是基于單光子吸收效應，整個激發光路中都將激發出熒光，造成不容忽視的光毒性。多光子顯微技術的出現，巧妙地解決了上述問題。所謂多光子顯微技術，是指基于非線性光學效應產生光信號的方法。

與單光子吸收效應不同，非線性光學效應需要瞬間吸收多個光子才能發生，其產生概率非常低，通常僅在聚焦焦點處產生，從而實現局域激發。此外，由于非線性光學效應需要采用更長的波長激發，這不僅降低了光毒性，也可有效地對抗散射，提高成像深度。

常規的多光子顯微技術大多采用點掃描方式進行逐點成像，由于掃描元件的機械慣性，其成像速度存在著瓶頸制約。為了提高成像速度，可以借鑒寬場成像的概念，因此出現了時空聚焦技術，即通過時域、空域兩個維度對激發光脈沖進行聚焦，實現寬場層析激發。

根據激發區域的形狀，時空聚焦顯微技術可分為線掃時空聚焦顯微和面激發時空聚焦顯微。其中，前者在物鏡焦面上實現了條形(線)激發，故僅需在與其垂直的方向進行掃描即可進行二維成像，故稱為線掃時空聚焦顯微。需要指出的是，盡管時空聚焦顯微技術基于非線性光學效應實現了深層組織的寬場層析激發，但是其所激發出光信號仍將受到組織散射的影響，造成信號串擾，故在采用寬場探測時成像深度仍將受限。

發明內容

針對上述問題，本發明實施例提供一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像裝置及方法。

第一方面，本發明實施例提供一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像裝置，包括：

激光發射模塊，用于產生非線性的激發脈沖光；

線掃描模塊，用于獲取所述激發脈沖光的角色散和偏轉角，并使得所述激發脈沖光對樣品進行掃描；

光學顯微模塊，用于在所述樣品中形成同時在空間及時間兩個維度聚焦的聚焦線，以基于非線性光學效應激發所述樣品產生發射光信號；

同步濾波模塊，用于探測所述樣品的發射光信號，并對所述發射光信號進行濾波，所述同步濾波模塊的觸發信號和所述線掃描模塊的觸發信號同步；

重建模塊，用于根據所述同步濾波模塊探測到的發射光信號進行二維重建，獲取所述樣品的重構圖像。

第二方面，本發明實施例提供一種基于線掃描時空聚焦的光顯微成像方法，包括：

產生非線性的激發脈沖光；

獲取所述激發脈沖光的角色散和偏轉角，并使得所述激發脈沖光對樣品進行掃描；