CN109752354A - 整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置 - Google Patents

Abstract

一种光学切层装置，具有：一宽带光源装置，用以产生一宽带光束；一光环行器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该宽带光源装置；一短波光源装置，用以产生一短波光束；一第一二色分光器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该短波光源装置，所述第三侧边面对该光环行器的第二侧边，该第一二色分光器用以使波长短于一预设波长的光束无法穿透，且该短波光束的波长小于该预设波长；一米洛干涉物镜，其一平行光侧面对该第一二色分光器的所述第二侧边；一样本承载单元，面对该米洛干涉物镜的聚光侧；一投影透镜，其一出光侧面对该光环行器的所述第三侧边；以及一感测单元，面对该投影透镜的一出光侧。

Description

整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置

技术领域

本发明有关于一种光学切层装置，特别是一种整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置。

背景技术

进行肿瘤切除手术时，常须等待病理科医师用冷冻切片(frozen section)来检验以确定肿瘤是否切除干净，不仅耗费时间，也可能因时间紧迫而无法完全确认到所有方位的肿瘤组织均已切除。

在进行冷冻切片的过程中，对于多水分的样本，其冷冻后所产生的冰晶(crystalice)会破坏组织结构；对于多脂肪(fat)的样本，在一般组织冷冻固化温度(～-20℃)时，其脂肪组织因尚未冷冻固化，容易从切片脱落，造成切片组织不完整。

光学同调断层扫描术(optical coherence tomography，OCT)，是近年新兴的一种光学成像技术，其工作原理与超音波相似，但分辨率比超音波更高，主要是利用各组织对光的反射、吸收及散射能力的不同及透过光学干涉原理对样本进行成像与分辨。因为能直接对常温下的组织进行扫瞄，不需再经过冷冻及切片等程序，所以能避免多水分或多脂肪组织在冷冻切片时产生的结构失真(morphological artifacts)，以维持组织样本的完整性，因此能提高病理检查的准确性，对于缩短手术时间与提升手术成效也有贡献。然而由于一般传统的光学成像技术的景深(depth of focus)太大，所以检查时必须将组织作实体切片(real sectioning)，厚度通常为4～5μm，以避免不同深度的组织影像迭合在一起，进而得到清晰的影像。

现有技术如美国US9185357B2「Optical tissue sectioning using full fieldoptical coherence tomography」专利，公开一种用于观察组织切片的全场式OCT装置，其特征在于：包含有一全场成像干涉仪及一光学分割成像系统。透过光学干涉仪来改善景深的问题，能直接取得组织里的结构影像，使该影像的横向与纵向的分辨率都能达到1μm之内，从而省去组织固定(fixation)程序。如：冷冻或石蜡(paraffin)包覆，以及实体切片(sectioning)的程序。

此外，传统的H&E染色切片(H&E section)是使用苏木精(hematoxylin)与伊红(eosin)两种染剂分别对细胞核(nucleus)及细胞质(cytoplasm)着上蓝紫色与粉红色，然而取得的影像中细胞核是呈现蓝紫的信号，不易显现细胞核内的细节。如：核仁(nucleolus)或异染色质(heterochromotin)，该专利是透过荧光染色方式补充细胞核细部影像以符合病理检查所需。

然而，在该专利架构中：(1)使用两颗物镜而增加系统的使用空间与造价；(2)分光器的抗反射镀膜在波长小于400nm的紫外光波段穿透率较低导致样本的荧光信号变非常弱。为增强荧光信号强度，缩短曝光时间，进而加快取像速度，并缩减系统使用空间，本领域亟需一新颖的光学切层装置。

发明内容

本发明的一目的在于公开一种光学切层装置，其采用米洛干涉物镜以减少物镜的使用数，进而缩减系统使用空间。

本发明的另一目的在于公开一种光学切层装置，其中样本发出的荧光光束在穿过第一二色分光器时，该第一二色分光器会先行过滤短波光束以得到对比度较好的荧光信号，缩短曝光时间，进而加快取像速度。

本发明的又一目的在于公开一种光学切层装置，其中感测单元具有长波通滤光器进一步过滤该短波光束以提升荧光信号强度，缩短曝光时间，进而加快取像速度。

为达前述目的，一种整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置乃被提出，其具有：

一宽带光源装置，用以产生一宽带光束；一光环行器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该宽带光源装置以将一入射光束分成一透射光束及由所述第二侧边穿出的一反射光束；一短波光源装置，用以产生一短波光束；一第一二色分光器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该短波光源装置，所述第三侧边面对该光环行器的所述第二侧边，该第一二色分光器用以使波长短于一预设波长的光束无法穿透，且该短波光束的波长小于该预设波长；一米洛干涉物镜，具有一平行光侧及一聚光侧，该平行光侧面对该第一二色分光器的所述第二侧边；一样本承载单元，面对该米洛干涉物镜的聚光侧且用以承载一染有荧光剂的样本；一投影透镜，具有一入光侧及一出光侧，该入光侧面对该光环行器的所述第三侧边；以及一感测单元，面对该投影透镜的所述出光侧。

在一实施例中，该光环行器具有一第一分光镜。

在一实施例中，该光环行器进一步具有一第一极化器位于所述第一侧边，一第一四分之一波片位于所述第二侧边及一第二极化器位于所述第三侧边，其中该第一极化器具有一第一极化方向，该第二极化器具有一第二极化方向，该第一极化器方向与该第二极化方向互相垂直，该第一四分之一波片具有一第一光轴方向且该第一光轴方向介于该第一极化方向与该第二极化方向之间以提供一增强干涉效率及影像质量的效果。

在一实施例中，该光环行器进一步具有一偏振分光镜及一第二四分之一波片于所述第二侧边。

在一实施例中，该宽带光源装置、该短波光源装置，均包括一光源；或一光源及一光栅；或一光源、一光栅及一可调变倾斜角度的转折镜；或一LED条状分布光源。

在一实施例中，该样本承载单元进一步具有一白光光源以提供一适当的穿透亮度，该白光光源包括一白光LED、一白光卤素灯、或一钨丝灯。

在一实施例中，该感测单元包括一第二二色分光器、一彩色二维感光组件、一长波通滤光器及一单色二维感光组件，该第二二色分光器具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该投影透镜，以将该荧光光束及该白光光束经由所述第三侧边反射并成像于该彩色二维感光组件及将该宽带光束经由所述第二侧边透射并成像于该单色二维感光组件；或该感测单元包括一可翻式转折镜、一彩色二维感光组件、一长波通滤光器及一单色二维感光组件，该可翻式转折镜翻正时，该白光光束成像于该彩色二维感光组件，翻开时则该宽带光束与该荧光光束先后成像于单色二维感光组件，该长波通滤光器设置于该投影透镜与该可翻转式转折镜之间、该投影透镜与第二二色分光器之间、该可翻转式转折镜与该单色二维感光组件之间或该第二二色分光器与该单色二维感光组件之间。

在一实施例中，该宽带光束的波长范围在470nm至800nm时，该短波光束的波长范围在365nm至460nm之间，该光环行器的工作波长范围在400nm至800nm之间，该第一二色分光器及该长波通滤光器的截止波长范围均在400nm至470nm之间；该宽带光束的波长范围在650nm至1000nm时，该短波光束的波长范围在365nm至630nm之间，该光环行器的工作波长范围在400nm至1000nm之间，该第一二色分光器、该第二二色分光器及该长波通滤光器的截止波长范围均在400nm至650nm之间。

在一实施例中，其更进一步包括一信息处理装置，用以执行一图像处理程序。

在一实施例中，该米洛干涉物镜进一步具有一轴向平移台，该样本承载单元进一步具有一三维移动平台，通过以该轴向平移台移动米洛干涉物镜及该三维移动平台移动该染有荧光剂的样本，而使该信息处理装置能够计算出该样本的一三维影像。

为使贵审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后。

附图说明

图1绘示本发明的整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置的一实施例方块图。

图2绘示图1的分光与聚焦的运作示意图。

图3a绘示图1的光环行器的一实施例方块图。

图3b绘示图1的光环行器的另一实施例方块图。

图3c绘示图1的光环行器的又一实施例方块图。

图4绘示图1的收光与汇合后投影的运作示意图。

图5a绘示图1的感测单元的一实施例方块图。

图5b绘示图1的感测单元的另一实施例方块图。

图5c绘示图1的感测单元的又一实施例方块图。

图5d绘示图1的感测单元的再一实施例方块图。

图6a绘示图1的米洛干涉物镜的一实施例方块图。

图6b绘示图1的米洛干涉物镜的另一实施例方块图。

图7绘示本发明的整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置的再一实施例方块图。

具体实施方式

请一并参照图1至图2，其中，图1绘示本发明的整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置的一实施例方块图，图2绘示图1的分光与聚焦的运作示意图。

如图1及图2所示，本案的整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其包括：一宽带光源装置100；一短波光源装置200；一光环行器300；一第一二色分光器400；一米洛干涉物镜500；一样本承载单元600；一投影透镜700；以及一感测单元800。

其中，该宽带光源装置100用以产生一宽带光束10，该宽带光束的行进方向以一中空头箭头表示；该短波光源装置200用以产生一短波光束20，该短波光束的行进方向以一实线箭头表示；该样本承载单元600是用以承载一染有荧光剂的样本610，该染有荧光剂的样本610中的荧光剂受到该短波光束20照射会释放出一荧光光束30，该荧光光束30的行进方向以虚线箭头表示；该样本承载单元600进一步具有一白光光源620以提供该米洛干涉物镜500一适当穿透亮度，该白光光源620释放的一白光光束40的行进方向以一空头箭头表示。

该光环行器300具有一第一侧边S301、一第二侧边S302及一第三侧边S303；该宽带光源装置100用以产生一宽带光束10以照射该光环行器300的所述第一侧边S301，该光环行器300能使由所述第一侧边S301入射的该宽带光束10分成由所述第二侧边S302反射及透射。

该短波光源装置200用以产生一短波光束20，该第一二色分光器400，具有一第一侧边S401、一第二侧边S402及一第三侧边S403，所述第一侧边S401是面对该短波光源装置200并反射该短波光束20，所述第三侧边S403是面对该光环行器300的所述第二侧边S302并用以透射该宽带光束10。

该米洛干涉物镜500，具有一平行光侧S501及一聚光侧S502，该平行光侧S501是面对该第一二色分光器400的所述第二侧边S402；

该样本承载单元600，面对该米洛干涉物镜500的该聚光侧S502且是用以承载一染有荧光剂的样本610。

该投影透镜700，具有一入光侧S701及一出光侧S702，该入光侧S701是面对该分光器300的所述第三侧边S303；该感测单元800是面对该投影透镜700的该出光侧S702。

在可能的实施例中，该白光光源620可包括一白光LED、一白光卤素灯、或一钨丝灯，该米洛干涉物镜500的工作波长范围例如但不限为350～1000nm，该宽带光源装置100及该短波光源装置200均可包括：一光源；或一光源及一光栅；或一光源、一光栅及一可调变倾斜角度的转折镜；或一LED条状分布光源(均图未示)，由于该些光源装置均为现有装置，故在此不拟对其做进一步叙述。

请一并参照图3a～3c，其中图3a绘示图1的光环行器的一实施例方块图；图3b绘示图1的光环行器的另一实施例方块图；图3c绘示图1的光环行器的又一实施例方块图。

如图3a所示，该光环行器300具有一第一分光镜310；如图3b所示，该光环行豁300进一步具有一第一极化豁320位于所述第一侧边S301，一第一四分之一波片340位于所述第二侧边S302及一第二极化器330位于所述第三侧边S303。

其中，该第一极化器320具有一第一极化方向，该第二极化器330具有一第二极化方向，该第一极化器方向与该第二极化方向是互相垂直，该第一四分之一波片340具有一第一光轴方向且该第一光轴方向是介于该第一极化方向与该第二极化方向之间以提供一增强干涉效率及影像质量的效果。

如图3c所示，该光环行器300设有一偏振分光镜350(Polarizing beam splitter)及一第二四分之一波片360于所述第二侧边S302。

请参照图4，其绘示图1的收光与汇合后投影的运作示意图。

如图4所示，该样本承载单元600能反射该短波光束20及该宽带光束10，该染有荧光剂的样本610(图未示)中的荧光剂受到该短波光束20照射后，会释放出一荧光光束30，该样本承载单元600具有的该白光光源620(图未示)也会释放出一白光光束40。

该第一二色分光器400是用以使波长短于一预设波长的光束无法穿透，且该短波光束20的波长小于该预设波长，意即该短波光束20无法穿透，只有该宽带光束10、该荧光光束30及该白光光束40能分别穿透该第一二色分光器400。

请一并参照图5a～图5b，其中图5a绘示图1的感测单元的一实施例方块图；图5b绘示图1的感测单元的另一实施例方块图。

该感测单元800包括：一可翻式转折镜815；一彩色二维感光组件820；一长波通滤光器830及一单色二维感光组件840。

其中该长波通滤光器830是用以将该短波光束20(图未示)进一步过滤，该可翻式转折镜815具有一可翻式支架(flip mount，图未示)以提供一翻正(flip on)状态或一翻开(flip off)状态。由于该可翻式支架属现有技术，故在此不拟对其做进一步叙述。

如图5a所示，该长波通滤光器830设置于该投影透镜700与该可翻转式转折镜815之间，当该可翻式转折镜815翻正(flip on)时，该白光光束40成像于该彩色二维感光组件820，当该可翻式转折镜815翻开(flip off)时，则该宽带光束10与该荧光光束30先后成像于单色二维感光组件840。

如图5b所示，该长波通滤光器830设置该可翻转式转折镜815与该单色二维感光组件840之间，当该可翻式转折镜815翻正(flip on)时，该白光光束40成像于该彩色二维感光组件820，当该可翻式转折镜815翻开(flip off)时，则该宽带光束10与该荧光光束30先后成像于单色二维感光组件840。

请一并参照图5c～图5d，其中图5c绘示图1的感测单元的又一实施例方块图；图5d绘示图1的感测单元的再一实施例方块图。

该感测单元800包括：一第二二色分光镜810；一彩色二维感光组件820；一长波通滤光器830及一单色二维感光组件840，其中该长波通滤光器830是用以将该短波光束20(图未示)进一步过滤。

如图5c所示，该长波通滤光器830设置于该投影透镜700与该第二二色分光镜810之间，透过该第二二色分光器810将该荧光光束30及该白光光束40经由所述第三侧边S803反射并成像于该彩色二维感光组件820；以及将该宽带光束10经由所述第二侧边S802透射并成像于该单色二维感光组件840。

如图5d所示，该长波通滤光器830设置该第二二色分光器810与该单色二维感光组件840之间，透过该第二二色分光器810将该荧光光束30及该白光光束40经由所述第三侧边S803反射并成像于该彩色二维感光组件820；以及将该宽带光束10经由所述第二侧边S802透射并成像于该单色二维感光组件840。

请参照图6a，其绘示图1的米洛干涉物镜的一实施例方块图。

如图6a所示，该米洛干涉物镜500包括：一物镜510；一第二分光镜520；以及一反射单元530。

其中该物镜510具有一内平行光侧S511及一内聚光侧S512，该内平行光侧S511是透过平行光侧S501面对该第一二色分光器400(图未示)的所述第二侧边S402(图未示)；该第二分光镜520，具有一第一侧边S521及一第二侧边S522，所述第一侧边S521是面对该物镜500的所述内聚光侧S512以将一入射光束分成由所述第二侧边S522穿出的一第一聚焦光束L1及由所述第一侧边S521反射的一第二聚焦光束L2；以及一反射单元530，位于该物镜500与该第二分光镜520之间，用以反射该第二分光镜520的该第二聚焦光束L2，其中该反射单元530所反射的第二聚焦光束L2会与该样本承载单元600反射的该第一聚焦光束L1产生一光学干涉现象。

于操作时，当该宽带光束10的波长范围在470nm至800nm时，需使用该可翻式转折镜815，该短波光束20的波长范围在365nm至460nm之间，该光环行器300的工作波长范围在400nm至800nm之间，该第一二色分光器400的截止波长范围均在400nm至470nm之间。

当该宽带光束10的波长范围在650nm至1000nm时，该短波光束20的波长范围在365nm至630nm之间，该光环行器300的工作波长范围在400nm至1000nm之间，可使用该可翻式转折镜815或该第二二色分光器810，该第一二色分光器400、该第二二色分光器810及该长波通滤光器830的截止波长范围均在400nm至650nm之间。

请一并参照图6b～图7，其中图6b绘示图1的米洛干涉物镜的另一实施例方块图，图7其绘示本发明的整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置的再一实施例方块图。

如图6b所示，该米洛干涉物镜500包括：一物镜510；一第二分光镜520；一反射单元530；以及一轴向平移台540。

如图7所示，该样本承载单元600进一步具有一三维移动平台630，且该整合米洛(Mirau)光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置可包括一信息处理装置(图未示)以执行一图像处理程序。

于操作时，通过轴向平移台540移动该米洛干涉物镜500内的物镜510、第二分光镜520及反射单元530，以及利用三维移动平台630移动该染有荧光剂的样本610，该信息处理装置(图未示)即可计算出该样本的一三维影像(图未示)。由于该三维影像的计算方式为现有技术，故在此不拟对其做进一步叙述。

通过前述所公开的设计，本发明乃具有以下的优点：

1.本发明的光学切层装置，其采用米洛干涉物镜以减少物镜的使用数，进而缩减系统使用空间。

2.本发明的光学切层装置，其中样本发出的荧光光束在穿过第一二色分光器时，该第一二色分光器会先行过滤短波光束以得到对比度较好的荧光信号，缩短曝光时间，加快取像速度。

3.本发明的光学切层装置，其中感测单元具有长波通滤光器进一步过滤该短波光束以增强荧光信号强度，缩短曝光时间，加快取像速度。

本申请所公开的，乃优选实施例，凡是局部的变更或修饰而源于本申请的技术思想而为本领域技术人员所易于推知者，俱不脱本申请的专利权范畴。

Claims (10)

1.一种整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其具有：

一宽带光源装置，用以产生一宽带光束；

一光环行器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该宽带光源装置以将一入射光束分成一透射光束及由所述第二侧边穿出的一反射光束；

一短波光源装置，用以产生一短波光束；

一第一二色分光器，具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该短波光源装置，所述第三侧边是面对该光环行器的所述第二侧边，该第一二色分光器用以使波长短于一预设波长的光束无法穿透，且该短波光束的波长小于该预设波长；

一米洛干涉物镜，具有一平行光侧及一聚光侧，该平行光侧面对该第一二色分光器的所述第二侧边；

一样本承载单元，面对该米洛干涉物镜的聚光侧且用以承载一染有荧光剂的样本；

一投影透镜，具有一入光侧及一出光侧，该入光侧面对该光环行器的所述第三侧边；以及

一感测单元，面对该投影透镜的所述出光侧。

2.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该光环行器具有一第一分光镜。

3.如权利要求2所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该光环行器进一步具有一第一极化器位于所述第一侧边，一第一四分之一波片位于所述第二侧边及一第二极化器位于所述第三侧边，其中该第一极化器具有一第一极化方向，该第二极化器具有一第二极化方向，该第一极化器方向与该第二极化方向互相垂直，该第一四分之一波片具有一第一光轴方向且该第一光轴方向介于该第一极化方向与该第二极化方向之间以提供一增强干涉效率及影像质量的效果。

4.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该光环行器进一步具有一偏振分光镜及一第二四分的一波片于所述第二侧边。

5.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该宽带光源装置及该短波光源装置均包括：一光源；或一光源及一光栅；或一光源、一光栅及一可调变倾斜角度的转折镜；或一LED条状分布光源。

6.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该样本承载单元进一步具有一白光光源以提供一适当的穿透亮度，该白光光源包括一白光LED、一白光卤素灯、或一钨丝灯。

7.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该感测单元包括一第二二色分光器、一彩色二维感光组件、一长波通滤光器及一单色二维感光组件，该第二二色分光器具有一第一侧边、一第二侧边及一第三侧边，所述第一侧边面对该投影透镜，以将该荧光光束及该白光光束经由所述第三侧边反射并成像于该彩色二维感光组件及将该宽带光束经由所述第二侧边透射并成像于该单色二维感光组件；或该感测单元包括一可翻式转折镜、一彩色二维感光组件、一长波通滤光器及一单色二维感光组件，该可翻式转折镜翻正时，该白光光束成像于该彩色二维感光组件，翻开时则该宽带光束与该荧光光束先后成像于单色二维感光组件，该长波通滤光器设置于该投影透镜与该可翻转式转折镜之间、该投影透镜与第二二色分光器之间、该可翻转式转折镜与该单色二维感光组件之间或该第二二色分光器与该单色二维感光组件之间。

8.如权利要求5所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该宽带光束的波长范围在470nm至800nm时，该短波光束的波长范围在365nm至460nm之间，该光环行器的工作波长范围在400nm至800nm之间，该第一二色分光器及该长波通滤光器的截止波长范围均在400nm至470nm之间；该宽带光束的波长范围在650nm至1000nm时，该短波光束的波长范围在365nm至630nm之间，该光环行器的工作波长范围在400nm至1000nm之间，该第一二色分光器、该第二二色分光器及该长波通滤光器的截止波长范围均在400nm至650nm之间。

9.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其更进一步包括一信息处理装置，用以执行一图像处理程序。

10.如权利要求1所述的整合米洛光学干涉显微术与荧光显微术的光学切层装置，其中该米洛干涉物镜进一步具有一轴向平移台，该样本承载单元进一步具有一三维移动平台，通过以该轴向平移台移动米洛干涉物镜及该三维移动平台移动该染有荧光剂的样本，而使该信息处理装置能够计算出该样本的一三维影像。