CN112268505B - 一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，该系统包括照明部件、样品臂部件、参考臂部件、光传输部件、控制部件及信号采集部件，照明部件产生的均匀平行光通过光传输部件后分成两束，一束通过物镜一入射至待测样品后返回，另一束通过物镜二入射至参考镜后返回，返回的两束光经过光传输部件产生干涉信号，控制部件通过物镜驱动器一驱动物镜一沿光轴平移，实现样品深度扫描，控制部件通过物镜驱动器二驱动物镜二振动，实现调制，在信号采集部件对干涉信号进行采集后，由控制部件对干涉信号进行解调和三维重构，得到待测样品的三维图像。该显微操作系统避免了样品操作不便和成像失真现象，成像效果好，操作成功率高。

Description

一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统
技术领域
本发明涉及光学相干层析技术领域，特别涉及一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统。
背景技术
光学相干层析法(OCT)是20世纪90年代末开始发展起来的非侵入式、高分辨、低损的三维成像方法，是一种高分辨率断层成像技术，它将光学技术与超灵敏探测器合为一体。而全场光学相干层析法利用二维CCD直接对样品的横向截面进行断层成像，具有高分辨率、高灵敏度及全场成像的优点，可对生物组织等获取微米量级的在体光学断层成像，广泛应用于动物胚胎学、发育生物学等要求超高分辨的生物显微操作领域。
现有的基于全场光学相干层析法的显微操作系统存在一些缺点，对显微操作效率和成功率带来了不利影响。这种显微操作系统由于物镜在样品的上方，导致操作空间小，操作不便。甚至样品臂与参考臂的光路不能完全一致，干扰相干信号，使解调出的三维成像质量很差。这些都会造成显微操作过程中不能操作方便、样品成像失真等问题出现，降低了显微操作成功率。因此，有必要提供一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统以解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种结构合理，成像效果好的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，包括照明部件、样品臂部件、参考臂部件、光传输部件、控制部件及信号采集部件，所述样品臂部件包括物镜一、物镜驱动器一和待测样品，所述物镜一设于待测样品下方，所述参考臂部件包括物镜二、物镜驱动器二和参考镜，所述物镜二设于参考镜下方；
所述照明部件产生的均匀平行光通过所述光传输部件后分成两束，一束通过所述物镜一入射至所述待测样品后返回，另一束通过所述物镜二入射至所述参考镜后返回，返回的两束光经过所述光传输部件产生干涉信号，所述控制部件通过物镜驱动器一驱动所述物镜一沿光轴平移，实现样品深度扫描，所述控制部件通过物镜驱动器二驱动所述物镜二振动，实现调制，在所述信号采集部件对所述干涉信号进行采集后，由所述控制部件对所述干涉信号进行解调和三维重构，得到待测样品的三维图像。
作为本发明的进一步改进，所述照明部件包括依次设置的光源、聚光镜、孔径光阑、视场光阑、第一聚透镜，所述光源发出的光依次经过所述聚光镜、孔径光阑、视场光阑、第一聚透镜后产生均匀平行光。
作为本发明的进一步改进，所述样品臂部件还包括培养皿一，所述培养皿一中盛有样品培养液一，所述待测样品设于所述样品培养液一中。
作为本发明的进一步改进，所述样品臂部件还包括遮光网一，所述遮光网一设于与所述培养皿一上方。
作为本发明的进一步改进，所述样品臂部件还包括遮光网驱动器一，所述遮光网驱动器一与控制部件连接，所述控制部件通过所述遮光网驱动器一驱动所述遮光网一旋转。
作为本发明的进一步改进，所述参考臂部件还包括培养皿二，所述培养皿二中盛有样品培养液二，所述参考镜设于所述样品培养液二中。
作为本发明的进一步改进，所述参考臂部件还包括遮光网二，所述遮光网二设于与所述培养皿二上方。
作为本发明的进一步改进，所述参考臂部件还包括遮光网驱动器二，所述遮光网驱动器二与控制部件连接，所述控制部件通过所述遮光网驱动器二驱动所述遮光网二旋转。
作为本发明的进一步改进，所述光传输部件包括分光棱镜，所述均匀平行光通过所述分光棱镜后按1:1反射和透射，反射光入射至所述物镜一，透射光入射至所述物镜二。
作为本发明的进一步改进，所述信号采集部件包括相机和第二聚透镜，所述干涉信号通过所述第二聚透镜会聚至所述相机。
本发明的有益效果：
本发明基于全场光学相干层析技术的显微操作系统利用物镜倒置成像、样品臂与参考臂的光路完全相同的方式完成系统的实时操作及三维成像，避免了样品操作不方便、成像失真现象的出现，提高操作成功率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中基于全场光学相干层析技术的显微操作系统的整体结构示意图；
图2是本发明优选实施例中基于全场光学相干层析技术的显微操作系统的结构简化示意图。
标记说明：Ⅰ、照明部件；Ⅱ、样品臂部件；Ⅲ、参考臂部件；Ⅳ、光传输部件；Ⅴ、控制部件；Ⅵ、信号采集部件；1、光源；2、聚光镜；3、孔径光阑；4、视场光阑；5、第一聚透镜；6、分光棱镜；7、反光镜；8、物镜驱动器；9、物镜；10、待测样品；11、参考镜；12、样品培养液；13、培养皿；14、遮光网；15、遮光网驱动器；16、第二聚透镜；17、相机；18、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-2所示，为本发明优选实施例中的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，该系统包括照明部件Ⅰ、样品臂部件Ⅱ、参考臂部件Ⅲ、光传输部件Ⅳ、控制部件Ⅴ及信号采集部件Ⅵ，样品臂部件Ⅱ包括物镜9一、物镜驱动器8一和待测样品10，物镜9一设于待测样品10下方，参考臂部件Ⅲ包括物镜9二、物镜驱动器8二和参考镜11，物镜9二设于参考镜11下方。
照明部件Ⅰ产生的均匀平行光通过光传输部件Ⅳ后分成两束，一束通过物镜9一入射至待测样品10后返回，另一束通过物镜9二入射至参考镜11后返回，返回的两束光经过光传输部件Ⅳ产生干涉信号，控制部件Ⅴ通过物镜驱动器8一驱动物镜9一沿光轴平移，实现样品10深度扫描，控制部件Ⅴ通过物镜驱动器8二驱动物镜9二振动，实现调制，在信号采集部件Ⅵ对干涉信号进行采集后，由控制部件Ⅴ对干涉信号进行解调和三维重构，得到待测样品10的三维图像。
上述照明部件Ⅰ包括依次设置的光源1、聚光镜2、孔径光阑3、视场光阑4、第一聚透镜5，光源1发出的光依次经过聚光镜2、孔径光阑3、视场光阑4、第一聚透镜5后产生均匀平行光。其中，光源1可以为卤素灯、LED灯、激光等。
上述样品臂部件Ⅱ还包括培养皿13一，培养皿13一中盛有样品培养液12一，待测样品10设于样品培养液12一中。
在本实施例中，样品臂部件Ⅱ还包括遮光网14一，遮光网14一设于与培养皿13一上方。优选的，样品臂部件Ⅱ还包括遮光网驱动器15一，遮光网驱动器15一与控制部件Ⅴ连接，控制部件Ⅴ通过遮光网驱动器15一驱动遮光网14一旋转。实现遮光切换。
上述参考臂部件Ⅲ还包括培养皿13二，培养皿13二中盛有样品培养液12二，参考镜11设于样品培养液12二中。
在本实施例中，参考臂部件Ⅲ还包括遮光网14二，遮光网14二设于与培养皿13二上方。优选的，参考臂部件Ⅲ还包括遮光网驱动器15二，遮光网驱动器15二与控制部件Ⅴ连接，控制部件Ⅴ通过遮光网驱动器15二驱动遮光网14二旋转。实现遮光切换。
上述光传输部件Ⅳ包括分光棱镜6，均匀平行光通过分光棱镜6后按1:1反射和透射，反射光入射至物镜9一，透射光入射至物镜9二。进一步的，光传输部件Ⅳ还包括反光镜7，透射光入射反光镜7后反射至物镜9二。
上述信号采集部件Ⅵ包括相机和第二聚透镜16，干涉信号通过第二聚透镜16会聚至相机17。
该系统的操作方法如下：打开光源1，光源1发出的光经过聚光镜2会聚到孔径光阑3上，然后通过视场光阑4、第一聚透镜5入射至分光镜6，分光镜6按照1：1产生相同的反射光和透射光，其中反射光经过物镜9一射向样品培养液12一中待测样品10，透射光经过反射镜7，反射进物镜9二射向样品培养液12中参考镜11。旋转遮光网14一和遮光网14二，防止进入样品10、参考镜11的光直接透射到空气中，参考光经过参考镜11的反射沿原路返回，样品光记录样品信息的后向散射光也沿原路返回，参考臂部件Ⅲ与样品臂部件Ⅱ中物镜9一和物镜9二的运动，获得样品10的二维横截面和深度信息。沿原路返回的两束光经过分光棱镜6发生干涉，干涉光经第二聚透镜16会聚至相机17上，控制部件Ⅴ中计算机18采集相机17上的干涉信号并进行解调和三维重构，得出样品清晰的三维图像。三维图像获取后，计算机18向样品臂部件Ⅱ中遮光网驱动器15一发送信号指令，遮光网14一被旋开，可直接对待测样品10进行显微操作，无需考虑操作空间大小。该显微操作系统在整个三维成像与操作过程中具有成像清晰、操作方便以及操作成功率高等特点。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，包括照明部件、样品臂部件、参考臂部件、光传输部件、控制部件及信号采集部件，所述样品臂部件包括物镜一、物镜驱动器一和待测样品，所述物镜一设于待测样品下方，所述参考臂部件包括物镜二、物镜驱动器二和参考镜，所述物镜二设于参考镜下方；
所述照明部件产生的均匀平行光通过所述光传输部件后分成两束，一束通过所述物镜一入射至所述待测样品后返回，另一束通过所述物镜二入射至所述参考镜后返回，返回的两束光经过所述光传输部件产生干涉信号，所述控制部件通过物镜驱动器一驱动所述物镜一沿光轴平移，实现样品深度扫描，所述控制部件通过物镜驱动器二驱动所述物镜二振动，实现调制，在所述信号采集部件对所述干涉信号进行采集后，由所述控制部件对所述干涉信号进行解调和三维重构，得到待测样品的三维图像；
所述样品臂部件还包括培养皿一，所述培养皿一中盛有样品培养液一，所述待测样品设于所述样品培养液一中，所述样品臂部件还包括遮光网一，所述遮光网一设于与所述培养皿一上方；
所述参考臂部件还包括培养皿二，所述培养皿二中盛有样品培养液二，所述参考镜设于所述样品培养液二中，所述参考臂部件还包括遮光网二，所述遮光网二设于与所述培养皿二上方。
2.如权利要求1所述的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，所述照明部件包括依次设置的光源、聚光镜、孔径光阑、视场光阑、第一聚透镜，所述光源发出的光依次经过所述聚光镜、孔径光阑、视场光阑、第一聚透镜后产生均匀平行光。
3.如权利要求1所述的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，所述样品臂部件还包括遮光网驱动器一，所述遮光网驱动器一与控制部件连接，所述控制部件通过所述遮光网驱动器一驱动所述遮光网一旋转。
4.如权利要求1所述的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，所述参考臂部件还包括遮光网驱动器二，所述遮光网驱动器二与控制部件连接，所述控制部件通过所述遮光网驱动器二驱动所述遮光网二旋转。
5.如权利要求1所述的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，所述光传输部件包括分光棱镜，所述均匀平行光通过所述分光棱镜后按1:1反射和透射，反射光入射至所述物镜一，透射光入射至所述物镜二。
6.如权利要求1所述的基于全场光学相干层析技术的显微操作系统，其特征在于，所述信号采集部件包括相机和第二聚透镜，所述干涉信号通过所述第二聚透镜会聚至所述相机。
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