專利名稱：一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種偏振成像的無(wú)損探測(cè)裝置，可用于分辨具有雙折射性生物組織精細(xì)結(jié)構(gòu)及其它雙折射性物質(zhì)，屬于當(dāng)代新興的交叉學(xué)科一生物醫(yī)學(xué)光學(xué)，涉及光學(xué)、 聲學(xué)、電子信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于生物組織超精細(xì)結(jié)構(gòu)的探測(cè)方法，目前主要有電子顯微鏡，X-射線，生物化學(xué)分析，組織病理學(xué)分析、多光子熒光技術(shù)等方法。其中電子顯微鏡，X-射線，生物化學(xué)分析， 組織病理學(xué)分析等方法最大的缺點(diǎn)是具有嚴(yán)重的損傷性，而無(wú)法實(shí)時(shí)、活體的檢測(cè)。而由多光子顯微技術(shù)結(jié)合的多光子熒光技術(shù)盡管可以實(shí)時(shí)無(wú)損地獲得高分辨率，高對(duì)比度的顯微結(jié)構(gòu)，具有非常高的峰值功率和較低的平均功率，減小或者消除光漂白和光毒作用。然而， 它無(wú)法獲得上皮組織膠原類型的比例及膠原的方向性信息。而對(duì)于多數(shù)的具有雙折射性的生物上皮組織病變，比如腫瘤，這需要及時(shí)獲得其腫瘤上皮組織的膠原病變后的方向性信息，以更準(zhǔn)確的獲得病變組織的結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)方向。因此，需要探索一種活體、實(shí)時(shí)又能夠分辨出組織結(jié)構(gòu)方向性的方法，從而為生物學(xué)領(lǐng)域中包括腫瘤在內(nèi)的生物組織、化學(xué)領(lǐng)域的材料和各種礦物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)其雙折射性的能力實(shí)時(shí)、無(wú)損的定量檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為具有雙折射性的生物組織等提供一種無(wú)損、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的探測(cè)裝置，利用偏光的性質(zhì)結(jié)合光與物質(zhì)相互作用發(fā)射的二次諧波信號(hào)對(duì)具有雙折射性的物質(zhì)進(jìn)行顯微的結(jié)構(gòu)成像與分析。該裝置能夠在對(duì)生物組織及晶體等的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨率、高對(duì)比度的檢測(cè)，并獲得其方向性信息。本實(shí)用新型的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)方法無(wú)損探測(cè)裝置由激光器、偏振檢測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)、探測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算處理系統(tǒng)構(gòu)成。激光器發(fā)射的激光束，依次通過起偏器、 光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)；激光束到達(dá)載物臺(tái)的樣品上后產(chǎn)生二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)并反向光路傳輸系統(tǒng)、偏振檢測(cè)系統(tǒng)到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)；其中探測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)可由計(jì)算機(jī)控制，偏振檢測(cè)系統(tǒng)以及載物臺(tái)則由人工控制。所述的激光器是一臺(tái)可調(diào)諧的飛秒激光器。該激光器所發(fā)射的光束波長(zhǎng)范圍為 700nm-980nm。所述的偏振檢測(cè)系統(tǒng)由起偏器和包括波晶片、檢偏器以及相關(guān)電磁控制單元在內(nèi)的器件所組成。激光束經(jīng)起偏器并經(jīng)整形后形成特定偏振方向的入射光，而來自樣品的接收光經(jīng)過分束鏡、波晶片、檢偏器等為探測(cè)系統(tǒng)所接受。經(jīng)過逆向分析后可以得到包含樣品偏振結(jié)構(gòu)的信息。所述的光路傳輸系統(tǒng)包含有X-Y掃描器、放大成像器、二色鏡、物鏡、濾光片、聚光鏡A和聚光鏡B組成。光路傳輸系統(tǒng)中經(jīng)過起偏器的光為X-Y掃描器所接收，隨后進(jìn)入放大成像器。放大成像器是由透鏡A和凸透鏡B組成，可實(shí)現(xiàn)光束的放大或縮小。經(jīng)放大的激光束，經(jīng)過二色鏡的反射，由物鏡聚焦到旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的樣品上并產(chǎn)生二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)，二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)將反向通過物鏡并直接透過二色鏡，入射到一個(gè)濾光片上，由于濾光片的波長(zhǎng)選擇作用，熒光信號(hào)和二次諧波信號(hào)光將分為2路，熒光信號(hào)光直接透過濾光片后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡A到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)；二次諧波信號(hào)光則反射后通過一個(gè)聚光鏡B后通過檢偏器后到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。所述的探測(cè)系統(tǒng)是由光電倍增管A、光電倍增管B組成。光電倍增管A接收熒光信號(hào)，而光電倍增管B接收包含偏振信息的二次諧波信號(hào)。探測(cè)系統(tǒng)和光路傳輸系統(tǒng)都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，由計(jì)算機(jī)可同時(shí)顯示含偏振信息圖像與常規(guī)非線性或熒光圖像。所述的載物臺(tái)為可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，其上放置樣品，樣品經(jīng)激光束照射后產(chǎn)生不同偏振主導(dǎo)方向的二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)。所述的起偏器和偏振檢測(cè)系統(tǒng)單元均可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。所述的二色鏡，可反射大于700nm波長(zhǎng)的光，可透射小于700nm波長(zhǎng)的光。所述的濾光片，可反射小于450nm的光，可透射大于450nm的光。本實(shí)用新型裝置能夠?qū)崟r(shí)，快速，無(wú)損地檢測(cè)生物組織、植物以及晶體等具有雙折射性的物質(zhì)，并獲得高分辨率、高對(duì)比度的圖像及強(qiáng)度和方向。其關(guān)鍵技術(shù)在于偏振分析方法的應(yīng)用，使得可以獲得附加的偏振信息，獲得偏振的二次諧波信號(hào)時(shí)，可根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)起偏器控制入射光偏振方向，同時(shí)載物臺(tái)的樣品亦可以旋轉(zhuǎn)。組織成像所用的光是通過偏振模塊的超短脈沖激光束產(chǎn)生的。而偏振方法是在偏振的平行方向和水平方向的夾角來激發(fā)偏振軸來得到的熒光發(fā)射。樣品激發(fā)和發(fā)射偶極方向可以確定。同時(shí)也可以獲得熒光偏振光譜。本實(shí)用新型裝置的其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合偏振特征，獲得超微結(jié)構(gòu)的雙折射物質(zhì)的顯微結(jié)構(gòu)，同時(shí)獲得雙折射物質(zhì)的二次諧波強(qiáng)度、其組織的方向性信息和其它的二次非線性感受器的參數(shù)，從而具備為包括腫瘤在內(nèi)的生物組織和化學(xué)領(lǐng)域各種材料和礦物質(zhì)定量檢測(cè)其雙折射性的能力。

圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本實(shí)用新型裝置具體實(shí)施的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型有進(jìn)一步的理解，
以下結(jié)合附圖2對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)的描述。圖2中，1.激光器；2.起偏器；3. X-Y掃描系統(tǒng)；4.凸透鏡A;5.凸透鏡B;6.旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)；7.物鏡；8. 二色鏡；9.波晶片、檢偏器以及相關(guān)電磁控制單元；10.聚光鏡B; 11.濾光片；12.聚光鏡A;13.光電倍增管A;14.計(jì)算機(jī)；15.光電倍增管B。可調(diào)諧波長(zhǎng)的激光器1發(fā)射的光束經(jīng)過一個(gè)起偏器2獲得定向的線偏振光。而后傳輸?shù)絏-Y掃描系統(tǒng)3和成像放大系統(tǒng)中的凸透鏡A4、凸透鏡B5，接著通過一個(gè)二色鏡8 的光由物鏡7聚焦到旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)6的樣品上。由激光和樣品產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)反向通過物鏡7并透過二色鏡8到濾光片11上分為兩路。波長(zhǎng)長(zhǎng)于特定波長(zhǎng)的光直接透過濾光片11后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡A 12到達(dá)光電倍增管A 13的接收端，即獲得熒光的信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。波長(zhǎng)短于特定波長(zhǎng)的光被濾光片11反射后通過一個(gè)聚光鏡B 10后通過波晶片、檢偏器以及相關(guān)電磁控制單元9后到達(dá)光電倍增管B 15的接收端，即獲得偏振二次諧波的信號(hào)并在光電倍增管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。兩路的光電信號(hào)在計(jì)算機(jī)14中顯示。X-Y掃描系統(tǒng)3也由計(jì)算機(jī)14接受控制。 在本實(shí)用新型的實(shí)施中，以皮膚真皮層膠原為樣品；選擇最佳的可調(diào)諧激光器1 的波長(zhǎng)為850nm，因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)可以較好的激發(fā)二次諧波信號(hào)。激光通過起偏器2后變成一個(gè)可改變方向的線偏振光。由于二色鏡8可反射大于700nm的光，故光反射后通過物鏡7到達(dá)載物臺(tái)6上的皮膚樣品。激光和雙折射的膠原介質(zhì)相互作用產(chǎn)生二次諧波光原路返回。 當(dāng)然，真皮還有其他物質(zhì)，比如彈力纖維，其與光相互作用后產(chǎn)生的熒光也是原路返回。熒光與二次諧波光到達(dá)二色鏡8后小于700nm的光透射后經(jīng)過濾光片11。濾光片11的鍍膜為小于450nm的光反射，而對(duì)450nm_650nm的光是透射的。故對(duì)大于450nm的熒光通過一個(gè)聚光鏡A 12后直接被光電倍增管A 13接收，而對(duì)于二次諧波效應(yīng)產(chǎn)生的光則通過聚焦鏡B 10后需要經(jīng)過波晶片、檢偏器以及相關(guān)電磁控制單元9，分析檢測(cè)其偏振狀態(tài)后被光電倍增管B 15接收，得到物質(zhì)雙折射纖維的變化，故在計(jì)算機(jī)14上顯示二次諧波強(qiáng)度的同時(shí)可以獲得樣品的方向性。此方法可以快速，活體，實(shí)時(shí)檢測(cè)生物組織在病變或者光熱損傷下膠原方向的變化情況。
權(quán)利要求1.一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置，其特征是裝置由激光器、偏振檢測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)、探測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算處理系統(tǒng)構(gòu)成，激光器發(fā)射的激光束，依次通過起偏器、光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)；激光束到達(dá)載物臺(tái)的樣品上后產(chǎn)生二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)并反向光路傳輸系統(tǒng)、偏振檢測(cè)系統(tǒng)到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)；探測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，偏振檢測(cè)系統(tǒng)以及載物臺(tái)則由人工控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置，其特征是所述的激光器為可調(diào)諧的飛秒激光器，波長(zhǎng)范圍為700nm 980nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損探測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝置，其特征是所述的光路傳輸系統(tǒng)包含有X-Y掃描器、放大成像器、二色鏡、物鏡、濾光片、聚光鏡A和聚光鏡B ；光路傳輸系統(tǒng)中的X-Y掃描器接收來自于起偏器的光；經(jīng)過放大成像器的激光束， 再經(jīng)過二色鏡的反射，由物鏡聚焦到旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的樣品上并產(chǎn)生二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)，二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)將反向通過物鏡并直接透過二色鏡，入射到一個(gè)濾光片上； 熒光信號(hào)和二次諧波信號(hào)光將分為2路，熒光信號(hào)光直接透過濾光片后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡A 到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)；二次諧波信號(hào)光則反射后通過一個(gè)聚光鏡B后通過檢偏器后到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損探測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝置，其特征是所述的二色鏡可反射大于700nm波長(zhǎng)的光，可透射小于700nm的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置，其特征是濾光片可反射小于450nm的光，透射大于450nm的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置，其特征是所述的放大成像器是由透鏡A和凸透鏡B組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損探測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝置，其特征是所述的偏振檢測(cè)系統(tǒng)由起偏器和包括波晶片、檢偏器以及相關(guān)電磁控制單元在內(nèi)的器件所組成；激光束經(jīng)起偏器并經(jīng)整形后形成特定偏振方向的入射光，而接收光經(jīng)過分束鏡、波晶片、檢偏器等為探測(cè)系統(tǒng)所接受；經(jīng)過逆向分析后可以得到包含樣品偏振結(jié)構(gòu)的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損探測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝置，其特征是所述的起偏器和偏振檢測(cè)系統(tǒng)單元均可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無(wú)損探測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)裝置，其特征是所述的載物臺(tái)為可旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，以產(chǎn)生不同偏振主導(dǎo)方向的二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及了一種生物組織偏振成像的無(wú)損實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)裝置，其特征是裝置由激光器、偏振檢測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)、探測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算處理系統(tǒng)構(gòu)成，激光器發(fā)射的激光束，依次通過起偏器、光路傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)；激光束到達(dá)載物臺(tái)的樣品上后產(chǎn)生二次諧波信號(hào)光和熒光信號(hào)并反向光路傳輸系統(tǒng)、偏振檢測(cè)系統(tǒng)到達(dá)探測(cè)系統(tǒng)；探測(cè)系統(tǒng)、光路傳輸系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，偏振檢測(cè)系統(tǒng)以及載物臺(tái)則由人工控制。本裝置能夠?qū)崟r(shí)，快速，無(wú)損地檢測(cè)晶體、生物組織、植物等具有雙折射效應(yīng)的物質(zhì)，并獲得高分辨率、高對(duì)比度的圖像及其強(qiáng)度與方向。
文檔編號(hào)G01N21/23GK202002880SQ201020670190
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者吳淑蓮, 李志芳, 李暉, 章小曼 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)