CN108267413A - 利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，其目的在于设计一种双光梳光谱仪，大幅度提高光谱仪的动态范围、缩短测量时间，提高频率分辨率和频率精度。采用重复频率略有差异的两个近红外光梳，用一个同步模块对两个红外光梳进行同步，两个光梳处于主从模式。双光梳准直光束经介质反射镜和分束镜将两个光梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器，得到双光梳差频频率分量。这些由两个光梳对应梳齿差频引起交流分量的频率很低，可以采用频谱分析仪对其频率和幅度进行高精度读取。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，属于医疗检测仪器和方法领域。
背景技术
具有不同结构的分子一定不会有相同的吸收光谱，其吸收带的波长位置与吸收谱带的强度反过来反映了分子结构上的特点，可用来鉴定未知样品的化学基团或组成结构；谱带的吸收强度，则对应于分子的含量，因此，双光梳光谱可以进行定量分析和纯度鉴定。光梳光谱由于对样品没有任何限制，可对样品进行无损检测。特别是其高重现度、高精度的测量优势，可以用于成千万种已知生物分子的光谱标定，并建立光谱标准图谱库或者分子指纹图谱库。通过高精度光梳病原体进行光谱分析，能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度，而且由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，能够应对突发、新发疾病的检测需求。自从双光梳光谱学的概念被提出以来，相关的科研工作在近红外和中红外波段研究领域做了大量的验证性实验，红外吸收谱是表征气体分子特性的重要“分子指纹”，与含有迈克耳孙干涉仪的传统傅里叶变换光谱仪相比，双光梳光谱仪在光谱分辨率、采样时间以及信噪比方面都有更优越的性能。
但是现有的检测方法都会对检材有损害，不适合一些特殊情况下的需求。
另外，临床疾病检测的金标准很多均是需要通过有创性监测获得诊断，比如糖尿病，急慢性肾功能衰竭均需要进行血液系统的检测，而肾脏纤维化的检测甚至需要有创穿刺局部手术达到明确，且穿刺部位、标本的获取方式均影响结论的诊断。临床上对于糖尿病及肾脏疾病的早期诊断及明确一直在持续探索中。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，其目的在于设计一种双光梳光谱仪，带来如下积极效果：大幅度提高光谱仪的动态范围、缩短测量时间，提高频率分辨率和频率精度，实现无损检测。
本发明提供了一种利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，用于获得病理切片的双光梳光谱仪测定中的吸收谱，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，设置并调整双光梳相干成像分析仪器，该仪器包括光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、介质反射镜(4)、1:1分束镜(5)、光电探测器(6)和频谱分析仪(7)，光梳同步控制器(1)分别和主光梳一(2)、从光梳二(3)连接，从主光梳一(2)发出的光被介质反射镜(4)反射，从从光梳二(3)发出的光被1:1分束镜(5)反射，经介质反射镜(4)和1:1分束镜(5)将主光梳一(2)、从光梳二(3)梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器(6)，光电探测器(6)接收并将转化来的信号供频谱分析仪(7)分析，
步骤二，对病理切片进行测量，具体过程如下：
步骤2-1将处理好的病理切片放置于主光梳一(2)和介质反射镜(4)的光路中，频谱分析仪(7)记录各梳齿的透射强度，得到透射谱；
步骤2-2，移除病理切片后，再次记录各梳齿的发射强度，形成参考谱；
步骤2-3，透射谱与参考谱相除，获得病理切片的吸收谱，
其中，主光梳一(2)、从光梳二(3)重复频率分别为fr1和fr2，fr2>fr1。
本发明提供的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，还可以具有这样的特征：其中，主光梳一(2)、从光梳二(3)的内部具有装载于压电陶瓷片上的电控反射镜，通过调整反射镜片的位置动态调整主光梳一(2)、从光梳二(3)的重复频率。
本发明提供的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，还可以具有这样的特征：其在，同步控制器(1)为PID反馈控制模块，用于控制主光梳一(2)、从光梳二(3)的重复频率和载波相位。
本发明提供的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，还可以具有这样的特征：其中，主光梳一(2的频率覆盖范围为f0～f0+Mfr1，从光梳二(3)的梳频率范围f0～f0+Mfr2，f0为红外光的频率范围，M为整数。
发明的作用与效果
本实验技术特点是通过高精度光梳病原体进行光谱分析，能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度，而且由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，对于糖尿病、急慢性肾功能衰竭、肾脏纤维化等代谢系统疾病达到早期分析及检测的目标。
双光梳光谱仪具有频率分辨率和频率精度高的特点，频率分辨率可以达到100MHz，频率准确性10MHz，频率分辨率和准确性与传统技术相比可以提高几十甚至上百倍；双光梳光谱仪单谱读取时间最短可达1.0毫秒，比传统技术提高50多倍；双光梳光谱仪的动态范围50dB；频谱宽度覆盖太赫兹和中红外频段。本发明采用双光梳光谱仪对病理切片进行测试的积极效果包括，灵敏度更高、测试时间更短、可以获得更精细的特征谱线、大幅度缩短测量时间。
附图说明
图1为本发明涉及双光梳光谱仪结构及原理示意图；
图2为本发明双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法示意图；以及
图3为本发明涉及双光梳光谱病理切片图谱。
(1)代表：光梳同步控制器；
(2)代表：主光梳一，重复频率fr1；
(3)代表：从光梳二，重复频率fr2；
(4)代表：介质反射镜；
(5)代表：1:1分束镜；
(6)代表：光电探测器；
(7)代表：频谱分析仪；
(8)代表：病理切片；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法作具体阐述。
图1为本发明研制的双光梳光谱仪结构和原理示意图。
如图1所示：一种双光梳光谱仪结构图，分别为光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、介质反射镜(4)、1:1分束镜(5)、光电探测器(6)和频谱分析仪。从主光梳一(2)出射的准直光束包含频率分量：f0-f0+Mfr1，f0处于红外，频率覆盖范围Mfr1，M为整数，从光梳二(3)出射的准直光束包含频率分量：f0-f0+Mfr2。经介质反射镜(4)和分束镜(5)合束后经光电探测器(6)，得到两个光梳的差频分量：Δf、2Δf、3Δf……、MΔf(MΔf<fr1/2)，各频率分量强度由频谱分析仪(7)读出和记录。从光梳二(3)在测量过程中发射参数(强度、重复频率)保持不变，可以得到主光梳一(2)的发射参数。
图2为本发明双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法示意图。如图2所示：分别为光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、病理切片(4)、介质反射镜(5)、1:1分束镜(6)、光电探测器(7)和频谱分析仪(8)。放置病理切片后，测量主光梳一(2)的各梳齿处的透过能量，将病理切片移除后，测量参考谱，两个谱线相除后可获得病理切片的透射谱(吸收谱)，略微调整装置结构，可以测量病理切片的反射谱。
图3对于尿毒症患者的血清样本进行检测。
通过比较病人与正常人血液的红外吸收光谱图(采用作差法，用患者的红外光谱图减去正常人的红外光谱图)，在1652波数、3100-3600波数均能观察到明显吸收，其中，1652波数代表血液样品中羰基(＝C0)的吸收峰，3100-3600波数为氨基(-NH2)的吸收峰，该测量结果表明，患者体内的肌酐含量比正常人明显要高，在特定的基团吸收峰处表现出较强吸收，并且，吸收峰的高低也可以定量来标明患者体内的肌酐含量，为临床医学诊断提供了很好的参考。按照临床化验指标对比，血清肌酐值排序正确。723>743>718>730>717。可以建立临床上慢性肾功能血清学检测的指纹。
采用重复频率略有差异的两个近红外光梳，其重复频率分别为fr1和fr2(fr2>fr1，Δf＝fr2-fr1),采用一个同步模块对两个红外光梳进行同步，两个光梳处于主从模式。两个光梳内部具有装载于压电陶瓷片上的电控反射镜，通过调整反射镜片的位置动态调整光梳的重复频率，同步模块是一个PID反馈控制模块，可以控制两个光梳的重复频率和载波相位。第一个光梳的频率覆盖范围为f0-f0+Mfr1，f0处于红外，频率覆盖范围Mfr1，M为整数，第二个光梳频率范围f0-f0+Mfr2。双光梳光谱仪结构图如附图1所示，经介质反射镜和分束镜将两个光梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器。光电探测器产生的电信号中除直流成分外，还包含Δf、2Δf、3Δf……、MΔf(MΔf<fr1/2)等频率分量。这些由两个光梳对应梳齿差频引起交流分量的频率很低，如光梳重复频率为100MHz，交流分量最高频率为50MHz，可以采用频谱分析仪对其频率和幅度进行高精度读取。采用低通滤波器将高于fr1/2的分量滤除，则Δf对应f0+fr1，2Δf对应f0+2fr1，MΔf对应f0+Mfr1，因此，通过测量两个光梳的一系列差频，在光梳2的发射参数不随时间改变的情况下，就可以间接测量光梳1的发射情况。
对病理切片的测量过程如下：如附图2所示，将处理好的病理切片放置于光梳一的光路中，频率分析仪记录各梳齿的透射强度，移除病理切片后，再次记录各梳齿的发射强度，形成参考谱，透射谱与参考谱相除，可以获得病理切片的吸收谱。采用同一装置，稍作调整，也可以测量病理切片的反射谱。
实施例的作用与效果
本实验技术特点是通过高精度光梳病原体进行光谱分析，能够快速、准确的识别出病原体的种类及浓度，而且由于光梳具有宽光谱范围，能一次性对于病原体进行检测，具有准确、高效的特点，对于糖尿病、急慢性肾功能衰竭、肾脏纤维化等代谢系统疾病达到早期分析及检测的目标。
双光梳光谱仪具有频率分辨率和频率精度高的特点，频率分辨率可以达到100MHz，频率准确性10MHz，频率分辨率和准确性与传统技术相比可以提高几十甚至上百倍；双光梳光谱仪单谱读取时间最短可达1.0毫秒，比传统技术提高50多倍；双光梳光谱仪的动态范围50dB；频谱宽度覆盖太赫兹和中红外频段。本发明采用双光梳光谱仪对病理切片进行测试的积极效果包括，灵敏度更高、测试时间更短、可以获得更精细的特征谱线、大幅度缩短测量时间。
采用重复频率略有差异的两个近红外光梳，用一个同步模块对两个红外光梳进行同步，两个光梳处于主从模式。双光梳准直光束经介质反射镜和分束镜将两个光梳发出的准直光束合束，照射到光电探测器，得到双光梳差频频率分量。这些由两个光梳对应梳齿差频引起交流分量的频率很低，可以采用频谱分析仪对其频率和幅度进行高精度读取。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，用于获得所述病理切片的双光梳光谱仪测定中的吸收谱，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，设置并调整双光梳相干成像分析仪器，该仪器包括光梳同步控制器(1)、主光梳一(2)、从光梳二(3)、介质反射镜(4)、1:1分束镜(5)、光电探测器(6)和频谱分析仪(7)，所述光梳同步控制器(1)分别和所述主光梳一(2)、所述从光梳二(3)连接，从所述主光梳一(2)发出的光被介质反射镜(4)反射，从所述从光梳二(3)发出的光被所述1:1分束镜(5)反射，经所述介质反射镜(4)和所述1:1分束镜(5)将所述主光梳一(2)、所述从光梳二(3)梳发出的准直光束合束，照射到所述光电探测器(6)，所述光电探测器(6)接收并将转化来的信号供所述频谱分析仪(7)分析，
步骤二，对所述病理切片进行测量，具体过程如下：
步骤2-1将处理好的所述病理切片放置于所述主光梳一(2)和所述介质反射镜(4)的光路中，所述频谱分析仪(7)记录各梳齿的透射强度，得到透射谱；
步骤2-2，移除所述病理切片后，再次记录各梳齿的发射强度，形成参考谱；
步骤2-3，所述透射谱与所述参考谱相除，获得所述病理切片的吸收谱，
其中，主光梳一(2)、从光梳二(3)重复频率分别为fr1和fr2，fr2>fr1。
2.根据权利要求1所述的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，其特征在于：
其中，所述主光梳一(2)、所述从光梳二(3)的内部具有装载于压电陶瓷片上的电控反射镜，通过调整反射镜片的位置动态调整所述主光梳一(2)、所述从光梳二(3)的重复频率。
3.根据权利要求1所述的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，其特征在于：
其在，所述同步控制器(1)为PID反馈控制模块，用于控制所述主光梳一(2)、所述从光梳二(3)的重复频率和载波相位。
4.根据权利要求1所述的利用双光梳光谱仪的病理切片无损检测方法，其特征在于：
其中，所述主光梳一(2的频率覆盖范围为f0～f0+Mfr1，
所述从光梳二(3)的梳频率范围f0～f0+Mfr2，
f0为红外光的频率范围，M为整数。
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