CN110501309A - 一种肿瘤组织药物敏感性检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肿瘤组织药物敏感性检测装置。该装置应用数字全息方法，采用动态散斑作为光源，对被测肿瘤组织反射光进行测量，通过计算肿瘤组织反射光的参数，反映肿瘤组织中细胞的活性，实现对肿瘤组织药物敏感性检测；为了避免肿瘤组织中其它区域的反射光对检测区域反射光的影响，以动态散斑作为探测光源。本发明可以用来评价抗癌药对肿瘤组织的治疗效果。

Description

一种肿瘤组织药物敏感性检测装置
技术领域
本发明涉及一种肿瘤组织药物敏感性检测系统，更特别地说，是指一种基于动态散斑照明的短相干数字全息肿瘤组织反射光检测系统。
背景技术
肿瘤的化学治疗过程即化疗药物杀死肿瘤组织中肿瘤细胞的过程，通过检测化疗后肿瘤组织中肿瘤细胞的活性，即可评估肿瘤组织对于化疗药物的敏感性，针对肿瘤的药物敏感性对患者实施个体化的化疗方案，既可以提高化疗的效果，改善患者的预后，又可以避免与治疗作用无关的药物副作用。因此，检测肿瘤组织中肿瘤细胞的活性在肿瘤的治疗中具有重要意义。
肿瘤组织中的肿瘤细胞处于一个动态的变化过程中，随着肿瘤细胞的活性变化，肿瘤组织的散斑亦会发生动态变化，且研究表明，肿瘤组织中肿瘤细胞的动态变化可以通过肿瘤组织的动态散斑呈现。也就是说，通过检测肿瘤组织的动态散斑，并对动态散斑的参数进行分析，即可反映肿瘤细胞的活性。
为了实现实时动态记录肿瘤组织中肿瘤细胞的动态散斑变化情况，需要解决一些技术问题：(1)细胞运动的尺度在纳米量级，需要非常灵敏的检测手段来探测细胞运动引起的反射光变化；(2)需合理设计光路，使结构紧凑，稳定性高，便于操作。
发明内容
本发明提出了一种肿瘤组织耐药性检测装置。本装置采用数字全息方法，结合动态散斑照明技术，可用于肿瘤组织反射光的实时检测。
本发明的一种肿瘤组织耐药性检测装置，包括有动态散斑光源单元、第一平凸透镜、偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一显微物镜、第二显微物镜、第一六维调整安装平台、第二六维调整安装平台、光程补偿反射镜、第二平凸透镜、半波片和CMOS相机。
动态散斑光源单元用于生成动态散斑光。其中可调衰减器用于调节入射激光的光强；显微物镜用于会聚激光至散射器上，输出散斑光；散射器安装在步进电机转轴上，步进电机带动散射器旋转输出动态散斑光；步进电机转速可调，实现动态散斑光的时间相干长度可调；一维平移台用于调整显微物镜至散射器的距离，实现动态散斑光的空间相干长度可调；平凸透镜用于准直动态散斑光；半波片用于调整动态散斑光的偏振方向。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)采用干涉方法测量肿瘤组织反射光，灵敏度高，能够检测肿瘤组织中细胞活动引起的反射光变化，实现对肿瘤组织活性的检测，可用于肿瘤组织的耐药性检测；
(2)采用动态散斑光源输出短相干动态散斑光，并可以控制动态散斑光的相干长度、偏振态和光强。
(3)本发明通过改变光程补偿棱镜的空间位置及姿态，可以在非接触、无损伤前提下，记录肿瘤组织块不同部位的反射光。
(4)本发明检测装置结构紧凑，操作简单，稳定性高。
附图说明
图1为本发明肿瘤组织耐药性检测装置的光路传输结构框图。
图2为本发明动态散斑光源单元的光路传输结构图。
图中：
1–动态散斑光源单元
2–第一平凸透镜
3–偏振分光棱镜
4–第一四分之一波片
5–第一显微物镜
7–第二四分之一波片
8–第二显微物镜
10–光程补偿反射镜
11–第二平凸透镜
12–半波片
13–CMOS相机
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作详细的描述。
参见下图1所示，本发明是一种肿瘤组织耐药性检测装置，该装置包括有动态散斑光源单眼1、第一平凸透镜镜2、偏振分光棱镜3、第一四分之一波片4、第一显微物镜5、第一六维调整安装平台6、第二四分之一波片7、第二显微物镜8、第二六维调整安装平台9、光程补偿反射镜10、第二平凸透镜11、半波片12和CMOS相机7。其中，第一显微物镜5和第二显微物镜8具有相同的规格参数。
动态散斑光源单元1产生动态散斑光1a，动态散斑光1a输入至第一平凸透镜2；
动态散斑光源单元1如图2所示，包括激光光源1-1、可调衰减器1-2、显微物镜1-3、步进电机1-4、散射器1-5、一维平移台1-6、平凸透镜1-7、半波片1-8。动态散斑光源单元1用于输出平行线偏振动态散斑光1a，并且可以调整其偏振态和强度。
激光光源1-1经可调衰减器1-2入射至显微物镜1-3，被会聚到散射器1-5后输出散斑光；散斑光入射到平凸透镜1-7准直成平行散斑光；平行散斑光入射至半波片1-8，经半波片1-8偏振态调整后输出。
在本发明中，散射器1-5安装在步进电机1-4转轴上，可随转轴同步旋转；散射器1-5旋转可以输出动态散斑场，调节散射器1-5的转速可以改变动态散斑光时间相干性。步进电机1-4安装在一维平移台1-6上，一维平移台1-6可以调整散射器1-5至显微物镜1-3的距离，调节散射器1-5至显微物镜1-3的距离可以改变动态散斑光空间相干性。
在本发明中，激光光源1-1为中心波长532nm的单纵模激光，可以选取中国长春新产业光电技术有限公司生产的型号为MSL-S-532的激光器；可调衰减器1-2可选取北京大恒光电公司的GCO-0701M型圆形可调衰减器；显微物镜1-3可选取北京大恒光电公司的型号为GCO-2105的显微物镜；散射器1-4可选取美国Throlabs公司生产的型号为DG20-220的磨砂玻璃散射片；步进电机1-5可选取NEMA17系列中的17HS-C4040型号步进电机；一维平移台1-6可选取北京大恒光电公司的型号为GCM-127201AM的高精密平移台；平凸透镜1-7可选取北京大恒光电公司的型号为GCL-010119型平凸透镜；半波片1-8可选取北京大恒光电公司的GCL-060652型石英多级半波片。
第一平凸透镜2与第一显微物镜5构成4f系统；第一平凸透镜2与第二显微物镜8构成4f系统；第二平凸透镜11与第一显微物镜5构成4f系统；第二平凸透镜11与第二显微物镜8构成4f系统。
第一平凸透镜2接收平行线偏振动态散斑光1a，输出会聚球面线偏振动态散斑光2a，偏振分光棱镜3对光束2a进行分光，输出光束3a和3b。
在本发明中，光束3a输入至第一四分之一波片4，经第一四分之一波片4偏振态调节后输出光束4a；光束4a入射至第一显微物镜5，经第一显微物镜5后输出平行光束5a，用于照射被测肿瘤组织；肿瘤组织反射光6a入射至第一显微物镜5后输出会聚光束5b；会聚光束5b入射至第一四分之一波片4，经第一四分之一波片4偏振态调节后输出光束4a；光束4a入射至偏振分光棱镜3，经偏振分光棱镜3透射后输出光束3c；光束3c入射至第二平凸透镜11，输出为平行光束11a。
在本发明中，光束3b输入至第二四分之一波片7，经第二四分之一波片7偏振态调节后输出光束7a；光束7a入射至第二显微物镜8，经第二显微物镜8后输出平行光束8a，用于照射光程补偿反射镜10；光程补偿反射镜反射光10a入射至第二显微物镜8后输出会聚光束8b；会聚光束8b入射至第二四分之一波片7，经第二四分之一波片7偏振态调节后输出光束7b；光束7b入射至偏振分光棱镜3，经偏振分光棱镜3透射后输出光束3d；光束3d入射至第二平凸透镜11，输出为平行光束11b。
在本发明中，第一平凸透镜2和第二平凸透镜11可选取北京大恒光电公司的型号为GCL-010119的平凸透镜；偏振分光棱镜3可以选取北京大恒光电公司的GCC-402103型偏振分光棱镜；第一四分之一波片4、第二四分之一波片7可选取北京大恒光电公司的GCL-060401型石英零级波片；第一显微物镜5和第二显微物镜8可选取日本奥林巴斯公司的MPLFLN5x型显微物镜；光程补偿反射镜10可选取北京大恒光电公司的GCC-101042型单波长介质膜高反射镜。
CMOS相机7用于捕获和记录数字全息图，可以选取美国FLIRLumenera公司的CMOS相机，其型号为Grasshopper3 GS3-U3-23S6M，分辨率为1920×1200像素，数据接口为USB3.0。
本发明的肿瘤组织耐药行检测装置的光路结构为：动态散斑光源单元1出射的平行线偏振动态散斑光1a入射至第一平凸透镜2，经第一平凸透镜2会聚处理后输出会聚球面线振偏动态散斑光2a；
所述会聚球面线偏振动态散斑光2a入射至偏振分光棱镜3中，经偏振分光棱镜3的分光处理后输出会聚球面线偏振动态散斑光3a和3b；
所述会聚球面线偏振动态散斑光3a入射至第一四分之一波片4，经第一四分之一波片4相位延迟后输出会聚球面线偏振动态散斑光4a，会聚球面线偏振动态散斑光4a的偏振方向相对于会聚球面线偏振动态散斑光3a的偏振方向旋转了45，会聚球面线偏振动态散斑光4a入射至第一显微物镜5，经第一显微物镜5发散处理后输出平行线偏振动态散斑光5a作为照明光；照明光5a对安装在第一六维调整安装平台6上的肿瘤组织进行照射，经肿瘤组织反射后形成包含肿瘤组织活性信息的物光6a，物光6a顺次经过第一显微物镜5、第一四分之一波片4、偏振分光棱镜3、第二平凸透镜11和半波片12后，输出平行线偏振光12a，入射至CMOS相机13的光敏面；
所述会聚球面线偏振动态散斑光3b顺次经过第二四分之一波片7、第二显微物镜8、安装在第二六维调整安装平台9上的光程补偿反射镜10、第二显微物镜8、第二四分之一波片7、偏振分光棱镜3、第二平凸透镜11和半波片12后，输出平行线偏振光12b作为参考光，入射至CMOS相机13的光敏面；
所述物光12a和参考光12b之间存在微小夹角，形成离轴干涉全息图，被COMS相机13的光敏面记录下来；
在检测过程中，首先通过调整动态散斑光源单元1中步进电机1-4、一维平移台1-6使动态散斑光1a相干长度至选定相干长度；
调整动态散斑光源单元1中的可调衰减器1-2、半波片1-8，使输出光束12a、12b强度、偏振方向一致；
调整第二六维调整安装平台9改变光程补偿反射镜10的位置，使光束12a、12b的光程匹配；
在设定时间周期内按照设定的帧速记录一组数字全息图，经过数值再现后得到肿瘤组织反射光的强度图，基于这组强度图计算强度变化图，强度变化图能够反映被测肿瘤组织中的细胞的活性，能够用于肿瘤组织耐药性的检测。

Claims (6)

1.一种肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：该装置包括有动态散斑光源单元(1)、第一平凸透镜(2)，偏振分光棱镜(3)、第一四分之波片(4)、第一显微物镜(5)、第一六维调整安装平台(6)、第二四分之一波片(7)，第二显微物镜(8)、第二六维调整安装平台(9)光程补偿反射镜(10)、第二平凸透镜(11)，半波片(12)、CMOS相机(13)。其中，第一显微物镜(6)和第二显微物镜(9)具有相同的规格。
该装置的光路结构为：动态散斑光源单元1出射的平行线偏振动态散斑光1a入射至第一平凸透镜2，经第一平凸透镜2会聚处理后输出会聚球面线振偏动态散斑光2a；
所述会聚球面线偏振动态散斑光2a入射至偏振分光棱镜3中，经偏振分光棱镜3的分光处理后输出会聚球面线偏振动态散斑光3a和3b；
所述会聚球面线偏振动态散斑光3a入射至第一四分之一波片4，经第一四分之一波片4相位延迟后输出会聚球面线偏振动态散斑光4a，会聚球面线偏振动态散斑光4a的偏振方向相对于会聚球面线偏振动态散斑光3a的偏振方向旋转了45°，会聚球面线偏振动态散斑光4a入射至第一显微物镜5，经第一显微物镜5发散处理后输出平行线偏振动态散斑光5a作为照明光；照明光5a对安装在第一六维调整安装平台6上的肿瘤组织进行照射，经肿瘤组织反射后形成包含肿瘤组织活性信息的物光6a，物光6a顺次经过第一显微物镜5、第一四分之一波片4、偏振分光棱镜3、第二平凸透镜11和半波片12后，输出平行线偏振光12a，入射至CMOS相机13的光敏面；
所述会聚球面线偏振动态散斑光3b顺次经过第二四分之一波片7、第二显微物镜8、安装在第二六维调整安装平台9上的光程补偿反射镜10、第二显微物镜8、第二四分之一波片7、偏振分光棱镜3、第二平凸透镜11和半波片12后，输出平行线偏振光12b作为参考光，入射至CMOS相机13的光敏面；
所述物光12a和参考光12b之间存在微小夹角，形成离轴干涉全息图，被COMS相机13的光敏面记录下来。
2.根据权利要求1所述的肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：动态散斑光源单元1包括激光器1-1、可调衰减器1-2、显微物镜1-3、步进电机1-4、散射器1-5、一维平移台1-6、平凸透镜1-7、半波片1-8；激光器1-1发出的激光束经可调衰减器1-2、显微物镜1-3、散射器1-5、平凸透镜1-7和半波片1-8输出平行线偏振动态散斑光；散射器1-5安装在步进电机1-4转轴上，步进电机带动散射器1-5旋转输出动态散斑光；步进电机1-4安装在一维位移台1-6上，一维位移台1-6用于调整散射器1-5至显微物镜1-3的距离；散射器1-5位于显微物镜1-3的后焦面且位于平凸透镜1-7的前焦面；半波片1-8用于对动态散斑光进行偏振方向的调整。
3.根据权利要求1所述的肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：动态散斑光的相干长度可以通过控制步进电机1-4的转速或者移动一维平移台1-6进行调整，根据检测需求设定合适的相干长度。
4.根据权利要求1所述的肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：由偏振分光棱镜3分出的会聚球面线偏振动态散斑光3a，经第一四分之一波片4和第一显微物镜5形成平面照明光，经被测肿瘤组织反射后顺次通过第一显微物镜5和第一四分之一波片4，通过偏振分光棱镜3时被全部反射。
5.根据权利要求1所述的肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：由偏振分光棱镜3分出的会聚球面线偏振动态散斑光3b，经第二四分之一波片7和第二显微物镜8形成平面光，经光程补偿反射镜反射后顺次通过第二显微物镜8和第二四分之一波片7，通过偏振分光棱镜3时全部透过。
6.根据权利要求1所述的肿瘤组织耐药性检测装置，其特征在于：通过第二六维调整安装平台9调整光程补偿反射镜10空间位置及姿态，检测肿瘤组织不同部位。
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