CN101650299A - 高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，其特征在于：激光器发出的光通过一个双色分光镜入射到扫描器的扫描镜组上，通过扫描镜组的光束由物镜聚焦到检测样品上；激光与检测样品产生的信号反向通过相同的物镜收集，再由前述扫描镜组及双色分光镜入射到一个半透半反镜1上，将发射信号光分成两路，一路进入光谱仪由计算机显示检测样品高分辨率的光谱分布，另一路通过半透半反镜2和半透半反镜3将信号再分成三路分别接入光电倍增管探测器1、2、3，使发射光信号转换成电信号A、B和C，所述的电信号A、B和C分别接至计算机的输入端，由计算机显示检测样品具有不同光谱范围的不同成分高对比度成像，该装置能够实现对具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置。
背景技术
基于飞秒激光与生物组织相互作用产生的谐波和多光子激发荧光等非线性光学效应的光谱成像技术，将多光子显微技术和光谱测量技术的优点集于一身，可以同时获得组织内在成分的显微成像和光谱特性，因此，具有对组织微结构的高灵敏度和高空间分辨成像、对生物组织的低杀伤性、成像深度深和快速、实时、准确定位等优势。由于生物组织的许多内在成分无须外加的分子探针即能产生较强的自体荧光和谐波信号，比如弹力蛋白、角蛋白、黄素蛋白、NAD(P)H等都能够通过双光子激发产生自体荧光，而具有非中心对称结构的胶原蛋白、肌浆球蛋白等能产生谐波信号，因此，使得非线性光谱成像方法成为有可能在临床医学实现对各种疾病特别是上皮肿瘤和皮肤疾病病理状态的无损诊断和治疗评估最有前途的光活检手段。目前，基于飞秒激光与生物组织相互作用产生的谐波和多光子激发荧光效应的非线性光谱成像的探测，主要是采用两种方法，一是，探测器由一个高质量的反射光栅和多个光电倍增管阵列组成，由于受到光电倍增管个数的限制，使得此种探测器测量到的光谱分辨率只有10nm左右，而且由于光电倍增管阵列中的每一个光电倍增管的工作条件不能独立设置，很难获得具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的高对比度成像；二是，探测器由两个色散棱镜和一个CCD相机组成，此种方法的分辨率有所提高，可以达到2nm左右，但具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的成像对比度低。高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置对其在临床医学实现对各种疾病特别是上皮肿瘤和皮肤疾病病理状态的无损诊断和治疗评估将具有积极的推动作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，该装置能够实现对具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测。
本发明的技术方案是这样实现的：激光器发出的光通过一个双色分光镜入射到扫描器的扫描镜组上，通过扫描镜组的光束由物镜聚焦到检测样品上；激光与检测样品产生的信号反向通过相同的物镜收集，再由前述扫描镜组及双色分光镜入射到一个半透半反镜1上，将发射信号光分成两路，一路进入光谱仪由计算机显示检测样品高分辨率的光谱分布，另一路通过半透半反镜2和半透半反镜3将信号再分成三路分别接入光电倍增管探测器1、2、3，使发射光信号转换成电信号A、B和C，所述的电信号A、B和C分别接至计算机的输入端，由计算机显示检测样品具有不同光谱范围的不同成分高对比度成像。
本发明的显著优点在于：(1)高分辨率光谱仪的采用很容易直接获得检测样品的高分辨率的光谱分布，分辨率可以达到0.4nm；(2)利用高分辨率的光谱仪探测到的检测样品中不同组织成分的光谱范围，通过设定光电倍增管探测器前的滤波片滤光范围和分别设定不同光电倍增管探测器的工作条件，从而直接获得具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的高对比度成像。(3)飞秒激光器与双色分光镜间的光强控制器采用高灵敏度的声光调制器，能够精确控制入射到检测样品上的激光强度。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步的阐述，以使本发明更明显易懂。
如图1所示，飞秒激光器发出的光通过一个双色分光镜入射到扫描器的扫描镜组上，通过扫描镜组的光束由物镜聚焦到检测样品上；激光与检测样品产生的信号反向通过相同的物镜收集，再由前述扫描镜组及双色分光镜入射到一个半透半反镜1上，将发射信号光分成两路，一路进入光谱仪由计算机显示检测样品高分辨率的光谱分布，另一路通过半透半反镜2和半透半反镜3将信号再分成三路分别接入光电倍增管探测器1、2、3，使发射光信号转换成电信号A、B和C，所述的电信号A、B和C分别接至计算机的输入端，由计算机显示检测样品具有不同光谱范围的不同成分高对比度成像。
上述的双色分光镜可透过飞秒激光器发出的入射光，同时反射飞秒激光与检测样品相互作用产生的发射信号光。
上述的光电倍增管探测器1、2、3前分别放置有滤波片1、2、3。滤波片的滤光范围根据计算机显示检测样品不同成分的光谱分布而确定，光电倍增管探测器的工作电压由检测样品中不同成分的发射信号强度决定。
上述的激光器与双色分光镜间设有光强控制器和全反镜，光强控制器采用高灵敏度的声光调制器。
下面举一具体的实例，脂肪组织中的脂肪细胞线粒体的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAD(P)H)与黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)传递着细胞新陈代谢的信息，且二者的荧光强度比率与组织的病理情况相关。因此，NAD(P)H和FAD荧光信号的探测和在细胞内的含量与分布对评估组织的新陈代谢与监控组织的病理情况十分重要，同时，脂肪组织中还有细胞外间质成分胶原纤维。若想获得脂肪组织的高对比度、高分辨率的非线性光谱成像，首先，根据脂肪组织中所要探测的NAD(P)H、FAD和胶原纤维三种成分，选择飞秒激光器的激发波长800nm；双色分光镜选择透射800nm的入射光，同时，反射380-650nm的激光与样品相互作用产生的发射光；半透半反镜1、2、3的透射和反射效率都为50％。而后，利用高分辨率的光谱仪探测脂肪组织中者三种成分的光谱分布，获得NAD(P)H、FAD和胶原纤维的光谱范围和强度(三种成分发射光谱中心波长位置分别在470nm、530nm和400nm)；这样，根据NAD(P)H、FAD和胶原纤维这三种不同组织成分的光谱范围和强度，设定光电倍增管探测器前的滤波片1、2、3的滤光范围分别为470nm±30nm、530nm±30nm和400nm±10nm，通过光电倍增管探测器1、2、3分别探测NAD(P)H、FAD和胶原纤维的微结构和分布，最后在计算机上获得这三种成分的高对比度成像。
综上所述，本发明基于飞秒激光与生物组织相互作用产生的谐波和多光子激发荧光等非线性光学效应，利用高分辨率的光谱仪探测到的检测样品中不同组织成分的光谱范围，通过设定光电倍增管探测器前的滤波片滤光范围和分别设定不同光电倍增管探测器的工作条件，从而直接获得具有不同光谱范围的检测样品中不同成分的高对比度成像，实现对检测样品的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测。
本发明设计合理，构思巧妙，具有广阔的发展前景和较大的推广意义。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书的申请专利范围所界定者为准。
Claims (5)
1.一种高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，其特征在于：激光器发出的光通过一个双色分光镜入射到扫描器的扫描镜组上，通过扫描镜组的光束由物镜聚焦到检测样品上；激光与检测样品产生的信号反向通过相同的物镜收集，再由前述扫描镜组及双色分光镜入射到一个半透半反镜1上，将发射信号光分成两路，一路进入光谱仪由计算机显示检测样品高分辨率的光谱分布，另一路通过半透半反镜2和半透半反镜3将信号再分成三路分别接入光电倍增管探测器1、2、3，使发射光信号转换成电信号A、B和C，所述的电信号A、B和C分别接至计算机的输入端，由计算机显示检测样品具有不同光谱范围的不同成分高对比度成像。
2.根据权利要求1所述的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，其特征在于：所述激光器为飞秒激光器。
3.根据权利要求2所述的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，其特征在于：所述双色分光镜可透过飞秒激光器发出的入射光，同时反射飞秒激光与检测样品相互作用产生的发射信号光。
4.根据权利要求1所述的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，所述光电倍增管探测器1、2、3前分别放置有滤波片1、2、3。
5.根据权利要求1所述的高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置，所述激光器与双色分光镜间设有光强控制器和全反镜，光强控制器采用高灵敏度的声光调制器。
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