[發明專利]一種實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置及方法

在審

• 申請號: 201911246927.2
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110954509A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 吳水梅;王安廷;馬鳳華;明海
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平;顧煒

1.一種實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置，其特征在于，包括：

激光光源，用于發射激光光束，照射待測樣品；

擴束鏡，用于使激光的照射面積擴大，同時也使激光照射更為均勻；

起偏器，用于使通過的光變成線偏振光；

待測樣品，為生物組織、散射介質、渾濁液體等；

半透半反鏡，用來反射所述激光光源發射的光線以及透射所述待測樣品背向散射的光線；

檢偏器，其透振方向與所述的起偏器透振方向垂直，用于濾除從所述待測樣品散射退偏的光子，使從所述待測樣品散射的光子選擇性地通過；

物鏡，用于收集從所述待測樣品背向散射的光，并對散斑圖像進行初步放大；

中繼透鏡，用于對散斑圖像再一次放大；

光場相機，用于對散射光進行采集成像，并實現圖像的景深拓展功能。

2.根據權利要求1所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置，其特征在于，所述激光光源為紅光或者紅外波段的激光，血液中的血紅細胞對該波段的光不吸收，當所述激光光源照射血管組織時，血紅細胞會將激光反射回來，形成背向散射光。

3.根據權利要求1所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置，其特征在于，所述待測樣品為生物組織、散射介質、渾濁液體等，激光照射到所述待測樣品，其表面直接散射的光和淺表面弱散射的光均為偏振保持光，在組織較深層多次散射的光子發生退偏，振動方向隨機。

4.根據權利要求1所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置，其特征在于，所述起偏器和檢偏器為一對正交偏振片，經過起偏器的線偏振光照射到所述待測樣品上，從所述待測樣品表面和淺表面散射的偏振保持光不能經過檢偏器，只有從所述待測樣品深層散射的光可以部分通過。

5.根據權利要求1所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像裝置，其特征在于，所述光場相機為基于微透鏡陣列的光場相機，利用所述光場相機的數字重聚焦技術，可以使用算法對圖像進行景深拓展，實現大景深成像。

6.一種實現深層組織探測的激光散斑襯比成像方法，利用權利要求1所述的裝置，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)、將裝置固定在光學平臺上，打開激光器，激光光束先后經過擴束鏡擴束和起偏器起偏，而后經過半透半反鏡反射照射在待測樣品上；

步驟(2)、待測樣品中處于不同深度的散射粒子對入射的偏線振光發生散射，散射光發生不同程度的退偏；

步驟(3)、散射光逸出待測樣品表面后，透過半透半反鏡到達檢偏器，偏振方向與檢偏器透振方向平行的散射光光子透過檢偏器后發生隨機干涉產生散斑信號，其余部分被檢偏器濾除；

步驟(4)、散斑信號被物鏡收集進行初步放大，而后經過中繼透鏡被再次放大后，由光場相機接收得到原始散斑圖像；

步驟(5)、通過算法對原始散斑圖像進行處理，最終得到待測樣品深層的分布圖像。

7.根據權利要求6所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像方法，其特征在于，待測樣品中不同深度層次的散射光發生的不同程度退偏，包括如下幾種類型：

(1)表面反射光：當線偏振光照射待測樣品時，一部分被待測樣品表面直接散射，仍為線偏振光，且偏振方向與入射光偏振方向一致，這部分光不能通過檢偏器；

(2)偏振保持光：線偏振光入射到待測樣品淺表層因發生弱散射而逸出為待測樣品的光為偏振保持光，其偏振方向也與入射光偏振方向一致，所以，這部分光經過檢偏器時將被濾除；

(3)多次散射光：當入射的線偏振光在待測樣品內發生多次散射到達待測樣品深層，其背向散射光產生退偏現象，光子的偏振方向隨機且各個方向都有，且對于平行于檢偏器透振方向和垂直于檢偏器透振方向的分量貢獻一致，當光經過檢偏器時，一部分多次散射光能透過檢偏器到達光場相機進行成像，這時被光場相機采集到的光只包含組織深處的信息。

8.根據權利要求6所述的實現深層組織探測的激光散斑襯比成像方法，其特征在于，多次散射為10次以上散射事件。