[發(fā)明專利]一種透射式穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011075354.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112285914B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬輝;黃彤宇;廖然;何宏輝;孟若愚;王晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): G02B21/00
• 分類號(hào): G02B21/00;G02B21/36;G01B9/04
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學(xué)英

本發(fā)明提供一種透射式穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括照明單元，產(chǎn)生入射光；起偏調(diào)制單元，接受采集控制單元的控制，對(duì)入射光進(jìn)行偏振調(diào)制從而使入射光具有相對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，進(jìn)而對(duì)樣品進(jìn)行照明；檢偏調(diào)制單元，包括第一DoFP相機(jī)和第二DoFP相機(jī)用于接受采集控制單元的控制，同步接收穿過(guò)樣品的出射光并對(duì)出射光的偏振態(tài)進(jìn)行檢偏形成圖像數(shù)據(jù)；照明單元、起偏調(diào)制單元、檢偏調(diào)制單元沿著入射光的傳輸方向依次設(shè)置且光軸相重合；采集控制單元分別與起偏調(diào)制單元、第一和第二DoFP相機(jī)相連；數(shù)據(jù)處理單元，與第一、第二DoFP相機(jī)相連，接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并處理得到樣品的穆勒矩陣陣元圖像。保證較高測(cè)量準(zhǔn)確性，大幅提升成像速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及偏振光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種透射式穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

偏振成像技術(shù)具有非侵入、低損傷、數(shù)據(jù)維度大等優(yōu)點(diǎn)，已在生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。穆勒矩陣可以表征樣本自身的全部偏振性質(zhì)，近年來(lái)越來(lái)越多的研究人員通過(guò)測(cè)量樣本的穆勒矩陣來(lái)獲取與偏振相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)信息。偏振方法易于與傳統(tǒng)非偏振光學(xué)成像方法相結(jié)合，通過(guò)在透射式顯微鏡裝置上安裝偏振調(diào)制器件，可以將其升級(jí)為穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)，測(cè)量包括病理組織切片等樣品的穆勒矩陣，在生物醫(yī)學(xué)研究、海洋微生物觀測(cè)、醫(yī)院病理診斷等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

偏振調(diào)制是偏振測(cè)量的基礎(chǔ)。偏振測(cè)量需要經(jīng)過(guò)若干次不同偏振調(diào)制的光強(qiáng)測(cè)量，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，得到樣品的斯托克斯向量和穆勒矩陣。現(xiàn)有的偏振調(diào)制方法包括非同時(shí)性調(diào)制方法(時(shí)間調(diào)制方法)和同時(shí)性調(diào)制方法。非同時(shí)性調(diào)制方法通過(guò)在探測(cè)器前放置可旋轉(zhuǎn)偏振器件、液晶調(diào)制器件或光彈調(diào)制器件進(jìn)行偏振調(diào)制，是一種時(shí)間串行測(cè)量方法，這類方法簡(jiǎn)單易行，但是偏振調(diào)制的速度受到限制。同時(shí)性調(diào)制方法通過(guò)設(shè)置多個(gè)測(cè)量通道實(shí)現(xiàn)偏振測(cè)量，屬于一種并行測(cè)量方法，根據(jù)測(cè)量通道進(jìn)行分類，同時(shí)性偏振調(diào)制器件可以分為分振幅器件、分波前器件和分焦平面器件等空間偏振調(diào)制器件，分空間頻率偏振調(diào)制器件以及分光譜偏振調(diào)制器件。DoFP(Division of Focal Plane,分焦平面)線偏振相機(jī)屬于分焦平面偏振調(diào)制器件。其基本結(jié)構(gòu)為在普通的光強(qiáng)探測(cè)器前加裝了微偏振片陣列，相機(jī)的每一個(gè)像素都覆蓋不同通光方向的偏振片，相當(dāng)于具有四個(gè)偏振測(cè)量通道，可以針對(duì)樣品斯托克斯向量的線偏振部分進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。而當(dāng)使用兩個(gè)DoFP相機(jī)，并在其中一個(gè)相機(jī)前加裝偏振光學(xué)元件時(shí)，即可測(cè)量斯托克斯向量的全部分量，實(shí)現(xiàn)全偏振成像。

根據(jù)最終獲得偏振信息形式的不同，偏振成像可以分為斯托克斯向量成像和穆勒矩陣成像。一些偏振成像方法屬于斯托克斯向量成像，然而樣品的斯托克斯測(cè)量結(jié)果極易受到照明光偏振態(tài)影響，難以進(jìn)行處理和分析；而穆勒矩陣成像方法基于多次斯托克斯向量測(cè)量結(jié)果，可以對(duì)樣品的全部偏振性質(zhì)進(jìn)行全面的表征，因而在目前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究中，大多采用穆勒矩陣作為樣品偏振性質(zhì)的描述方法。在目前已有的穆勒矩陣顯微成像設(shè)備中，起偏端和檢偏端大多均使用非同時(shí)性偏振調(diào)制方法，進(jìn)行穆勒矩陣成像的時(shí)間較長(zhǎng)，如常見(jiàn)的基于雙波片旋轉(zhuǎn)采集30張光強(qiáng)圖的穆勒矩陣成像系統(tǒng)，單張樣品的穆勒矩陣采集時(shí)間為3分鐘左右，難以應(yīng)用在活體組織或動(dòng)態(tài)過(guò)程的偏振性質(zhì)監(jiān)測(cè)中。總之，現(xiàn)有的偏振成像方法均具有不同程度的缺陷。因此需要開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、測(cè)量準(zhǔn)確性好、可以測(cè)量穆勒矩陣全部陣元的透射式穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)。

以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開(kāi)僅用于輔助理解本發(fā)明的構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本專利申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)，在沒(méi)有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日已經(jīng)公開(kāi)的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評(píng)價(jià)本申請(qǐng)的新穎性和創(chuàng)造性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的問(wèn)題，提供一種透射式穆勒矩陣顯微成像系統(tǒng)及方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述：