[發明專利]快速高效自適應光學補償的受激拉曼散射成像系統和方法

有效

• 申請號: 202010125026.4
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111202499B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 龔薇;斯科;李政翰;張德龍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/01;G01N21/65;G02F1/35;H01S3/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種快速高效自適應光學補償的受激拉曼散射成像系統和方法。兩個半波片與偏振分束器布置在激光器輸出端前，激光器發射出兩束光束，均經半波片與偏振分束器，第一束光束依次經聲光調制器、擴束模塊入射到反射鏡，第二束光束經擴束模塊、相位延遲模塊后入射到二向色鏡，反射后經二向色鏡透射后和經二向色鏡反射的第二束光束分隔間距地合束入射到可變形鏡的兩個區域，反射成一束光束，經掃描模塊入射顯微物鏡聚焦，實驗樣品透射產生散射光束被接收探測。本發明優化調整可變形鏡的補償相位值，使得光束進行相位補償后能夠在樣品內部形成中心光強更強的聚焦光斑，以更好地激發非線性效應，提升了散射介質內部深處成像的質量。

技術領域

本發明屬于光學顯微成像領域的一種光學補償散射成像系統和方法，特別涉及了一種快速高效自適應光學補償的受激拉曼散射成像系統和方法，并應用于非侵入型深穿透無標記光學顯微成像。

背景技術

在生物醫學光學領域，光學散射是制約光學成像質量的主要因素。多數深部組織成像的光學技術(例如，激光共聚焦成像，雙光子顯微鏡和光學相干層析掃描)主要利用非散射光子(即彈道光子)成像。彈道光子的數量隨深度增加呈指數式衰減，因此將光學聚焦范圍往往限制在了1mm的深度。

早先應用在天文學中的自適應光學技術，為實現深層生物組織成像提供了新的技術支持。

現有的非侵入式自適應光遺傳學技術是基于自適應光學的精確相位校正技術，或基于相干光自適應技術來進行相位補償，從而在樣本內校正畸變相位，形成良好的光束聚焦，從而激發出已經標記于樣本中的特定物質，使其吸收一定程度的光子能量并發出另一特定波長的熒光信號。

但是以上方法(包括激光共聚焦成像，雙光子顯微鏡等)都需要事先對樣本進行熒光標記。雖然目前已經有部分熒光染料已經被證明無害，但是大多數材料仍然由于其或長期或短期的毒性不能用于活體樣本上。

受激拉曼散射技術利用物質本身的拉曼光譜，通過兩束有特定頻率差的光束，通過適應于物質本身的特定拉曼光譜，產生受激拉曼散射信號，得到強度發生周期性變化的原有頻率的散射光信號，通過鎖相放大器只收集與調制頻率相同的出射散射信號并放大。由于受激拉曼散射屬于非線性效應，因此只對焦點部分才會產生更明顯的所需信號，使其本身便具有了光學切片效應，無需切片即可得到不同深度的圖像。由于不同物質的拉曼光譜的敏感性，可以避免掉熒光染色經常會產生的背景噪聲并實現高分辨率成像。

雖然受激拉曼散射成像能夠進行無標記的成像，但是由于其非線性效應本身比較弱，因此所得到的信號仍然不夠強。在散射較為嚴重的樣本中，可能無法形成足夠良好的焦點從而得到所需的信號。在完成無標記高分辨率成像的同時保證良好的信號強度和成像速度也是目前生物應用中亟待解決的問題。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明目的在于提出了一種快速高效自適應光學補償的受激拉曼散射成像系統和方法，利用圖像刷新率較高的可變形鏡解決傳統應用于生物醫學的自適應光學中的空間光調制器耗時較長的問題。

本發明利用可變形鏡快速的刷新率，結合受激拉曼散射技術的原理，將可變形鏡進行分區處理，分別對受激拉曼散射所需要的兩束光進行不同程度的相位調制，通過自適應算法，使入射波前契合于散射情況，提升光束聚焦的質量，從而提高受激拉曼散射信號的強度，從而提高無標記成像的分辨率。從而提高受激拉曼散射技術的效率。

為了實現上述目的，本發明的技術方案包括以下步驟：

一、一種基于快速高效自適應光學補償的受激拉曼散射成像系統：