[發明專利]適用于雙光子熒光成像的內窺探頭及成像系統

在審

• 申請號: 201911268543.0
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111053533A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 李敏;周鎮喬;呂晶;唐玉國;陳月巖;賈宏博;王艷
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所;南京國科醫工科技發展有限公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B1/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 張川

本發明公開了一種適用于雙光子熒光成像的內窺探頭及成像系統。該內窺探頭包括沿入射光路依次設置的雙包絡層光纖、第一微透鏡、MEMS微反射鏡和第二微透鏡；所述雙包絡層光纖包括由內至外依次設置的纖芯、第一包裹層和第二包裹層，所述纖芯用于傳輸飛秒激光，所述第一包裹層用于傳輸樣品產生的雙光子熒光。該系統包括上述內窺探頭、飛秒激光器、第一透鏡、平面反射鏡、平面二向色反射鏡、第二透鏡、第三透鏡和探測器。本發明采用雙包絡層光纖克服了目前技術中采用雙路光纖分別傳輸飛秒激光和收集熒光信號不能進一步縮小尺寸的困難；采用MEMS微反射鏡掃描的靈活設計方案，克服了PZT驅動光纖掃描只能實現前向掃描的局限性。

技術領域

本發明涉及雙光子內窺顯微成像領域，特別涉及一種適用于雙光子熒光成像的內窺探頭及成像系統。

背景技術

雙光子成像技術于1990年被Webb教授的博士生Denk首先報道，它是一種非線性光學成像方法。由于雙光子利用在生物組織中具有低散射和吸收的近紅外光，因而，這項技術具有低的光漂白和光毒性、超強的組織穿透能力、亞細胞水平的分辨率以及固有的層析能力等優勢，從而為實現無標記、活體成像提供了一種強有力的工具。近年來，雙光子成像技術在多個方面得到了極大地發展，不僅在滿足神經科學研究的新需求方面取得很大的成功，同時，也在向臨床應用研究方面呈現出快速發展的趨勢。

在腦神經科學方面，研究人員更希望，在腦神經細胞處于自然生理狀態下以細胞分辨率進行長時間的觀察，實現動物在清醒自由行為狀態下有效地記錄神經網絡活動。因此，為了更好地滿足腦神經科學研究的需求，雙光子成像設備目前正往微型化、動物頭部可攜帶的趨勢發展。比如北京大學程和平院士團隊發展的2.15克重微型雙光子顯微鏡。該微型雙光子顯微鏡由靜電驅動MEMS掃描器、高數字孔徑微型物鏡構成，激光和熒光傳輸各自使用一根光纖，攜帶在小鼠頭部，獲取小鼠自由活動時清晰動態神經網絡活動的圖像。

在臨床應用方面，研究人員更希望，利用內源性(NADH和FAD)光學標志物的雙光子熒光成像來實現消化道腫瘤、腦腫瘤以及皮膚癌等多種腫瘤疾病的診斷。然而雙光子熒光成像在腫瘤診斷方面的應用研究主要針對離體或活體小動物組織進行的，離真正的臨床應用還有很長的路要走。因此，發展內窺雙光子成像技術，將是實現無創、在體、原位腫瘤診斷的關鍵步驟。同時，在發明專利《一種用于雙光子熒光內窺鏡的物鏡組，發明CN201810015806.6》也闡明，將臺式雙光子成像技術發展為內窺式雙光子成像技術，將會大大推到雙光子成像技術在術中腫瘤檢測、癌癥等醫療領域中的應用。比如，美國約翰霍普金斯大學李興德團隊【Light:ScienceApplications(2017)6,e17082】提供了一種基于壓電陶瓷管(PZT)驅動的前向掃描光纖的雙光子內窺鏡，利用內源性(NADH和FAD)光學標志物，在體獲取了無標記小鼠腎缺血再灌注模型的雙光子熒光成像。李興德團隊指出，雙光子內窺探頭一方面能夠對管腔器官實現在體、原位、實時的病理學成像，為臨床中疾病診斷開辟了新的道路；另一方面，雙光子內窺探頭還可以作為腦功能基礎研究的有力工具，攜帶在自由活動動物的頭部，以高分辨率獲取動態神經網絡活動過程。

綜上分析，無論是在腦科學基礎研究領域，還是在臨床疾病診斷領域，發展內窺式雙光子成像技術將是未來雙光子成像技術發展過程中不可阻擋的一種趨勢。根據掃描方式不同，內窺探頭有MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)微發射鏡掃描(程和平院士團隊)和PZT驅動光纖掃描(李興德團隊)兩種方式。PZT光纖掃描適合前向掃描；而MEMS微發射鏡掃描設計靈活，經過簡單的光學元件轉折光纖，既可以實現前向掃描，也可以實現側向掃描。目前，已經報道的在雙光子成像系統中應用的MEMS微反射鏡掃描式內窺探頭，采用激發光和信號光分離的結構設計，其尺寸結構相對較大，不利于進一步向內窺式成像發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種適用于雙光子熒光成像的內窺探頭及成像系統。