一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统及方法技术方案

本发明专利技术属于生物荧光成像技术领域，提供一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统及方法，其中方法包括：将不同波长的激光光束经过光束偏折及合束后得到合束光；对合束光进行整形得到整形光；对整形光进行相位调制以产生多焦点照明光场；对经过相位调制的整形光进行中继和二维扫描，使得多焦点照明光场在显微物镜的焦平面进行二维扫描，激发样品发出近红外二区波段的荧光信号，并用近红外相机探测该荧光信号及成像。该方案光路系统集成简易，且由于激发波长更长，可实现更深层的成像；对近红外二区染料选择更为灵活。外二区染料选择更为灵活。外二区染料选择更为灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统及方法


[0001]本专利技术属于生物荧光成像
，特别是关于一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统及方法。

技术介绍

[0002]生物荧光成像技术作为生物医学领域必不可少的技术手段已经得到广泛应用，是观察生物组织形态、结构和生命现象的有力工具。目前普遍应用生物荧光成像技术是二十世纪80年代发展起来的激光扫描共聚焦显微镜，它的特点是采用针孔技术排除焦点以外的光信号对图像的干扰，从而大大提高了图像的清晰度和细节分辨能力，具有很高的轴向对比度。由于激光扫描共聚焦显微镜使用的激光范围在488nm～647nm之间，属于可见光范畴，而生物组织对可见光散射大，换言之，可见光在生物样品内的穿透深度浅，最深不超过几百微米，厚标本的信息很难采集；另外，由于生物组织对可见光吸收大，高密度的可见光激发生物样品时更容易引起光毒性和光漂白现象。
[0003]为了克服激光扫描共聚焦显微镜的这些缺陷，二十世纪90年代美国康奈尔大学Denk等人提出了双光子激发荧光显微技术。它采用具有高光子密度的近红外激光激发生物样品，由于生物组织对近红外光的吸收少，对生物组织的光毒性减少，并降低了光漂白；同时，生物组织对近红外光的散射比可见光小，容易穿透更深的生物样本，更适合观察厚样本。然而，尽管双光子激光荧光成像技术采用了近红外光源，能够实现对厚生物样本的观察，但是，因采用的荧光染料的发射波长仍然在可见光范围，其在生物组织中依然存在吸收和散射问题，因此难以观察更深层的组织。
[0004]综上所述，现有的生物荧光成像至少存在以下问题：近红外二区显微成像系统，系统光路复杂且成像深度和成像分辨率不理想；二维扫描振镜扫描过程中动作冗余，扫描效率低，影响系统时间分辨率；近红外二区显微成像系统波长单一，兼容性低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统及方法，其能够解决现有技术中生物荧光成像的技术问题至少之一。
[0006]本专利技术提供了一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统，包括：
[0007]多波长激光器模块、光束整形模块、多焦点结构光产生模块、光束中继与扫描模块、成像与探测模块；
[0008]所述多波长激光器模块用于输出不同波长的激光光束，并经过光束偏折及合束后得到合束光；
[0009]所述光束整形模块用于对所述合束光进行整形得到整形光；
[0010]所述多焦点结构光产生模块用于对所述整形光进行相位调制，以最终在所述成像与探测模块中的显微物镜的焦平面产生多焦点照明光场，经过相位调制的所述整形光返回至光束整形模块，经过光束整形模块反射后再进入到所述光束中继与扫描模块；
[0011]所述光束中继与扫描模块用于对光束进行中继和二维扫描，使得所述多焦点照明光场在所述显微物镜的焦平面进行二维扫描；
[0012]所述成像与探测模块用于接收来自所述光束中继与扫描模块的入射光，激发样品发出近红外二区波段的荧光信号，并探测所述荧光信号并成像。
[0013]优选地，所述多波长激光器模块包括：
[0014]N个激光器组，N为整数，N≥2：
[0015]其中，第一激光器组包括第一激光器、第一带通滤光片、第一反射镜和第一二向色镜，所述第一激光器出射激光穿过所述第一带通滤光片后，被所述第一反射镜反射至所述第一二向色镜的透射面进行透射得到第一波长光束；
[0016]第二至第N
‑
1激光器组的每组分别包括第n激光器、第n带通滤光片和第n二向色镜，所述第n激光器出射激光穿过所述第n带通滤光片后，入射至第n
‑
1二向色镜的反射面进行反射得到第n波长光束，n为整数，1<n<N；所述第一波长光束与第二波长光束汇合并共同入射至所述第二二向色镜的反射面进行反射；依次类推，第N
‑
2波长光束与第N
‑
1波长光束汇合并共同入射至第N
‑
1二向色镜的反射面进行反射；
[0017]第N激光器组包括第N激光器和第N带通滤光片，所述第N激光器出射激光经所述第N带通滤光片后入射至所述第N
‑
1二向色镜的透射面进行透射，而后与所述第一波长光束、所述第二波长光束、
……
、第N
‑
1波长光束汇合并共同入射至第N
‑
1二向色镜的反射面进行反射的光束汇合得到所述合束光
[0018]优选地，所述光束整形模块包括：
[0019]激光扩束器，用于对所述合束光进行准直和扩束；
[0020]半波片，用于对扩束后的所述合束光的偏振方向进行调节；
[0021]宽带偏振分束器，用于对经过所述半波片的所述合束光分离出特定偏振方向的透射光；
[0022]非偏振分束器，用于改变来自所述多焦点结构光产生模块的光束的方向，以使该光束进入到所述光束中继与扫描模块。
[0023]优选地，所述多焦点结构光产生模块包括：空间光调制器，用于对所述整形光的空间相位分布进行调制以产生所述多焦点照明光场。
[0024]优选地，所述光束中继与扫描模块包括：
[0025]第一方向扫描单元，用于对所述光束在所述第一方向进行扫描；
[0026]第二方向扫描单元，用于对所述光束在所述第二方向进行扫描，所述第一方向和第二方向正交；
[0027]多个中继透镜，用于所述光束的导引和中继。
[0028]优选地，所述光束整形模块和所述第一方向扫描单元之间设置有至少两个中继透镜，所述第一方向扫描单元和所述第二方向扫描单元之间设置有至少两个中继透镜，所述第二方向扫描单元和所述成像与探测模块之间设置有至少两个中继透镜。
[0029]优选地，所述成像与探测模块还包括：空间滤波器；所述光束整形模块和所述第一方向扫描单元之间设置有两个中继透镜，所述空间滤波器设置在所述两个中继透镜之间，用于滤除零级衍射光。
[0030]优选地，所述光束中继与扫描模块采用多焦点阵列并行扫描的模式，在每个焦点
阵列中按照“回”字形方式扫描直至完成该焦点阵列区域的扫描。
[0031]优选地，所述成像与探测模块包括：
[0032]激发及探测单元，包括所述显微物镜，用于聚焦来自所述光束中继与扫描模块的入射光束，以激发所述样品产生所述荧光信号并探测所述荧光信号；
[0033]成像单元，包括透镜组和近红外相机，所述荧光信号通过所述透镜组进行成像，所述近红外相机记录所述样品的荧光成像。
[0034]本专利技术还提供了一种基于激光扫描的近红外二区显微成像方法，包括以下步骤：
[0035]S1，将不同波长的激光光束经过光束偏折及合束后得到合束光；
[0036]S2，对所述合束光进行整形得到整形光；
[0037]S3，对所述整形光进行相位调制以最终在显微物镜的焦平面产生多焦点照明光场；
[0038]S4，对经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光扫描的近红外二区显微成像系统，其特征在于，包括：多波长激光器模块、光束整形模块、多焦点结构光产生模块、光束中继与扫描模块、成像与探测模块；所述多波长激光器模块用于输出不同波长的激光光束，经过光束偏折及合束后得到合束光；所述光束整形模块用于对所述合束光进行整形得到整形光；所述多焦点结构光产生模块用于对所述整形光进行相位调制，以最终在所述成像与探测模块中的显微物镜焦平面产生多焦点照明光场，经过相位调制的所述整形光返回至所述光束整形模块，经过所述光束整形模块反射后再进入到所述光束中继与扫描模块；所述光束中继与扫描模块用于对光束进行中继和二维扫描，使得所述多焦点照明光场在所述显微物镜的焦平面进行二维扫描；所述成像与探测模块用于接收来自所述光束中继与扫描模块的入射光，激发样品发出近红外二区波段的荧光信号，并探测所述荧光信号并成像。2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的近红外二区显微成像系统，其特征在于，所述多波长激光器模块包括N个激光器组，N为整数，N≥2：其中，第一激光器组包括第一激光器、第一带通滤光片、第一反射镜和第一二向色镜，所述第一激光器出射激光穿过所述第一带通滤光片后，被所述第一反射镜反射至所述第一二向色镜的透射面进行透射得到第一波长光束；第二至第N
‑
1激光器组的每组分别包括第n激光器、第n带通滤光片和第n二向色镜，所述第n激光器出射激光穿过所述第n带通滤光片后，入射至第n
‑
1二向色镜的反射面进行反射得到第n波长光束，n为整数，1<n<N；所述第一波长光束与第二波长光束汇合并共同入射至所述第二二向色镜的反射面进行反射；依次类推，最终，所述第一波长光束、所述第二波长光束、
……
、第N
‑
1波长光束汇合并共同入射至第N
‑
1二向色镜的反射面进行反射；第N激光器组包括第N激光器和第N带通滤光片，所述第N激光器出射激光经所述第N带通滤光片后入射至所述第N
‑
1二向色镜的透射面进行透射，而后与所述第一波长光束、所述第二波长光束、
……
、所述第N
‑
1波长光束汇合并共同入射至所述第N
‑
1二向色镜的反射面进行反射的光束汇合得到所述合束光。3.根据权利要求1所述的基于激光扫描的近红外二区显微成像系统，其特征在于，所述光束整形模块包括：激光扩束器，用于对所述合束光进行准直和扩束；半波片，用于对扩束后的所述合束光的偏振方向进行调节；宽带偏振分...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄凯，冯亮，
申请(专利权)人：广州市凯佳光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：