CN113812928B - 基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置 - Google Patents

基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，包括：拉曼光谱分析模块，用于使用激发光获得目标对象的在第一取样位置处的拉曼光谱信息；光学相干断层成像模块，用于使用成像探测光获得目标对象的在第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像；以及共定位模块，用于根据确定的目标对象的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位。本公开提供的成像装置能够获得目标对象的光学相干断层成像的高空间分辨率的图像信息以及高灵敏度和特异性的拉曼光谱信息，从而实现精准的目标对象检测。

Description

基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置
技术领域
本公开涉及用于检测/诊断用的光学成像装置，特别是基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，更特别地涉及基于拉曼光谱和光学相干断层成像多模态的内窥镜。
背景技术
对癌症的早期筛查和检测以及术后复查是提高患者生存率的重要手段，而内窥镜类成像装置则是对癌症早期筛查和检测、以及术后复查的重要影像诊断手段。
光学相干断层成像（也称作光学相干成像，可简写为OCT）是利用生理组织的散射光相干成像的观测手段。光学相干断层成像具有高空间分辨率，即~10 μm，允许实时无创的检测组织散射变化，提供二维或三维微米尺度的组织结构/形态学信息，可视化浸润成像。然而，光学相干断层成像在用于癌症早期诊断时，其准确性不高。例如光学相干断层成像用于宫颈癌上皮内瘤变诊断的灵敏度和特异性只有88%和69%。
拉曼（Raman）光谱是利用分子的拉曼散射效应来获得分子的振动、转动等方面的信息的分析手段。拉曼光谱与分子化学键信息相关，可以识别不同的分子种类及其根据不同强度评估相对浓度峰值。拉曼光谱肿瘤诊断的准确性和特异性比其他的方法更高。例如，拉曼光谱用于宫颈癌前病变（宫颈上皮内瘤样变,简称CIN）上表皮内瘤变诊断的灵敏度为93.5%而特异性为97.8%；拉曼光谱分析针对早期脑胶质瘤诊断的灵敏度和特异性分别高达：93%和91%；作为对比，核磁共振诊断的灵敏度和特异性分别只有：88%和54%。但是，拉曼光谱内镜不能提供像白光内窥镜或窄带内窥镜、光学相干断层成像、自发荧光或共聚焦内镜这样的宽视场成像模式，在内窥镜检查过程中不能实现可视化可疑病变区域监测。
因此，为了提高诊断/筛查的效率和准确度，希望一方面能够获得组织结构影像信息（如光学相干断层成像信息），另一方面还能够获得具有高诊断灵敏度和特异性的分子结构信息（如拉曼光谱信息）。
然而，仅仅是获得这两方面的信息对于诊断和筛查来说仍然是不够的，因为上述两方面的信息往往来自空间上具有偏差的位置，也就是说，上述两方面的信息分别表示不同的区域（尽管可能不同区域之间存在部分重叠）的不同信息，从而在将上述两方面的信息进行结合时，容易导致空间信息的准确度下降，不利于为癌症/肿瘤的诊断/筛查等提供有意义的辅助信息。
由此可见，需要一种新的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，来解决上述问题。
此外，由于光学相干断层成像速度（例如在100帧/秒以上）与拉曼光谱检测的速度（2-5Hz）不匹配，这使得两者无法以高效率结合在一起使用。显然，受到拉曼光谱检测速度慢的影响，即便将光学相干断层成像与拉曼光谱检测结合起来使用，为了获得全面的信息仍需要相对较长的时间。因此，也希望以较快的速度获得组织结构影像信息和拉曼光谱信息。
最后，还希望此类装置的探头尺寸是足够小的（例如至少小于10 mm）使其能够与现有的内镜系统（例如白光内窥镜或窄带内窥镜）集成在一起。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置。本公开提供的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置包括拉曼光谱分析模块、光学相干断层成像模块以及共定位模块。本公开的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置利用共定位模块实现了拉曼光谱分析模块和光学相干断层成像模块在同一共定位的区域中实现对目标对象的成像和检测。此外，本发明的多模态成像装置中的拉曼光谱分析模块和光学相干断层成像模块能够协同运作，从而能够以高效率、高准确性和特异性获得目标对象（如癌症）筛查的所需要的诊断依据。本公开的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的设计还允许以较小的尺寸制作探头，以有利于集成在现有的内镜系统中。
本公开实施例提供了一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，包括：拉曼光谱分析模块，用于使用激发光获得目标对象的在第一取样位置处的拉曼光谱信息；光学相干断层成像模块，用于使用成像探测光获得目标对象的在第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像；以及共定位模块，用于根据确定的目标对象的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位。
根据本公开实施例，其中，基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置包括探头，所述探头具有外壳和探测窗，并且用于对目标对象进行探测，来自拉曼光谱分析模块的激发光和来自光学相干断层成像模块的成像探测光在探头中耦合。
根据本公开实施例，其中，拉曼光谱分析模块包括：第一光源、第一分束镜、第一耦合物镜、第一光纤、光谱仪、第一透镜组和第一二向色镜；第一分束镜用于传输来自第一光源的激发光和反射来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光；光谱仪用于接收经第一分束镜反射的来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光；第一耦合物镜用于接收来自第一分束镜或来自共定位模块的出射光；第一光纤用于接收来自第一耦合物镜的出射光；第一透镜组用于接收来自第一光纤的出射光；第一二向色镜用于接收和传输来自第一透镜组的出射光。
根据本公开实施例，其中，光谱仪和第一分束镜之间设置有光栅和接收透镜，光栅用于对来自第一分束镜的反射光分光，接收透镜用于接收来自光栅的出射光，光谱仪用于接收来自接收透镜的出射光。
根据本公开实施例，其中，第一透镜组包括第一收集透镜。
根据本公开实施例，其中，第一光纤包括多芯光纤，其中由多芯光纤中心部分的至少一个纤芯组成的中心纤芯组用于传输来自第一光源的拉曼光谱的激发光，由多芯光纤中围绕所述中心纤芯组的至少一个纤芯组成的外围纤芯组用于传输拉曼光谱的散射信号光。
根据本公开实施例，其中，所述外围纤芯组以所述中心纤芯组为中心而对称分布。
根据本公开实施例，其中，所述中心纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有带通滤光片，并且所述外围纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有陷波滤光片和/或长通滤光片。
根据本公开实施例，其中，所述中心纤芯组和所述外围纤芯组的横截面基本上是圆形的。
根据本公开实施例，其中，光学相干断层成像模块包括探测器、第二光源、分束器、干涉仪、耦合光纤、第二光纤、第二透镜组、近端扫描子模块和第一反射镜；第二光源、干涉仪、探测器和第二光纤之间通过耦合光纤的一部分光学耦合至分束器；耦合光纤的另一部分耦合至第二光纤；第二透镜组用于接收来自第二光纤的出射光，第一反射镜用于反射来自第二透镜组的出射光，第一二向色镜用于反射来自第一反射镜的反射光从而使来自第一透镜组的光与来自第二透镜组的光耦合，近端扫描子模块用于控制第一反射镜的位置。
根据本公开实施例，其中，第一透镜组和第二透镜组并行设置在探头内部，第一二向色镜、近端扫描子模块、第一反射镜和至少一部分第二光纤位于探头内部。
根据本公开实施例，其中，近端扫描子模块用于通过控制第一反射镜的位置来控制第二光源的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
根据本公开实施例，其中，近端扫描子模块包括微电机。
根据本公开实施例，其中，第二透镜组包括第二聚焦透镜和衍射透镜，衍射透镜在第二聚焦透镜和第一反射镜之间。
根据本公开实施例，其中，第二光纤或耦合光纤包括单模光纤。
根据本公开实施例，其中，光学相干断层成像模块包括探测器、第二光源、分束器、干涉仪、耦合光纤、远端扫描子模块、第一反射镜、第二耦合物镜、第二光纤、第二透镜组和第二反射镜；其中，沿第二光源的出射光的传输方向依次设置分束器、远端扫描子模块、第一反射镜、第二耦合物镜和第二光纤；第二光源、干涉仪、探测器和远端扫描子模块之间通过耦合光纤光学耦合至分束器；远端扫描子模块设置在第一反射镜和分束器之间并且用于接收以及反射来自第二光源经过分束器传输的光；第二耦合物镜用于接收来自第一反射镜反射的光；第二光纤用于接收来自第二耦合物镜的出射光；第二透镜组用于接收来自第二光纤的出射光，第二反射镜用于反射来自第二透镜组的出射光，第一二向色镜用于反射来自第二反射镜的反射光从而使来自第一透镜组的光与来自第二透镜组的光耦合。
根据本公开实施例，其中，第一透镜组和第二透镜组并行设置在探头内部，第一二向色镜、第二反射镜和至少一部分第二光纤位于探头内部。
根据本公开实施例，其中，远端扫描子模块用于通过围绕至少一个轴转动来控制第二光源的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
根据本公开实施例，其中，远端扫描子模块包括Galvo振镜、MEMS驱动的反射镜或共振振镜。
根据本公开实施例，其中，第二光纤包括多芯光纤。
根据本公开实施例，其中，第二透镜组包括第二聚焦透镜和衍射透镜，衍射透镜在第二聚焦透镜和第二反射镜之间。
根据本公开实施例，其中，第二光纤或耦合光纤包括单模光纤。
根据本公开实施例，其中，共定位模块位于拉曼光谱分析模块的激发光入射光路中。
根据本公开实施例，其中，共定位模块位于第一分束镜和第一耦合物镜之间。
根据本公开实施例，其中，共定位模块具有可切换的第一模式和第二模式；在第一模式中，共定位模块不改变第一取样位置；在第二模式中，共定位模块用于控制第一取样位置。
根据本公开实施例，其中，共定位模块包括第一翻转镜、第二翻转镜、第一扫描振镜和第二扫描振镜；第一翻转镜和第二翻转镜设置在第一分束镜和第一耦合物镜之间；第一翻转镜和第二翻转镜用于通过围绕正交于第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路的轴转动来控制第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路平行或不平行；第一扫描振镜和第二扫描振镜用于通过围绕不同的轴转动来控制第一取样位置；其中在所述第一模式中，第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路平行；以及在所述第二模式中，第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路不平行。
根据本公开实施例，其中，在第二模式中，第一翻转镜用于接收并且反射经第一分束镜传输的光，第一扫描振镜用于接收并且反射来自第一翻转镜的反射光，第二扫描振镜用于接收并且反射来自第一扫描振镜的反射光，第二翻转镜用于接收并且反射来自第二扫描振镜的反射光，第一耦合物镜用于接收来自第二翻转镜的反射光。
根据本公开实施例，其中，第一扫描振镜和第二扫描振镜包括Galvo振镜、MEMS驱动的反射镜或共振振镜。
根据本公开实施例，其中，所述共定位模块用于将第一取样位置移动至与关注区域的位置基本重合。
根据本公开实施例，其中，所述第一透镜组用于使得来自拉曼光谱分析模块的激发光在第一取样位置的光斑与关注区域是基本上重合的。
根据本公开实施例，其中，基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置为内窥镜。
根据本公开实施例，其中，探头的直径为2-10mm。
根据本公开实施例，其中，探头的直径为2-5mm。
根据本公开实施例，其中，还包括：图像处理模块，用于融合空间共定位的第一取样位置处的拉曼光谱信息和第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像，以生成关注区域的融合的多模态信息。
本公开提供的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置利用共定位模块使得拉曼光谱分析模块和光学相干断层成像模块能够对同一区域进行探测/检测以获得空间共定位的组织结构影像和拉曼光谱信息。
另外，本发明提供的多模态成像装置利用共定位模块还可以高效率的方式使得拉曼光谱分析模块和光学相干断层成像模块以协同地方式运作，在癌症等的诊断中能够同时利用到拉曼光谱分析模块的准确性和特异性的优点以及光学相干断层成像模块以高空间分辨率二维或三维获得组织结构学信息的优点，同时还避免了拉曼光谱检测在速度上慢于光学相干断层成像带来的问题。本发明提供的多模态成像装置也实现了拉曼光谱分析和光学相干断层成像的空间共定位，从而实现精准的目标对象（如肿瘤或癌症等）检测。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本公开实施例的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图；
图2示出了根据本公开实施例的一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图；
图3示出了根据公开实施例的第一光纤包括的多芯光纤的布置方式；
图4示出了根据本公开实施例的另一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图；
图5A示出了根据本公开实施例的一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置运行时实际产生的一种共定位探测流程的示意图。
图5B示出了根据本公开实施例的一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置运行时实际产生的另一种共定位探测流程的示意图。
具体实施方式
为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。
在本说明书和附图中，基本上相同或相似的步骤和元素用相同或相似的附图标记来表示，并且对这些步骤和元素的重复描述将被省略。同时，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或排序。
在本说明书和附图中，根据实施例，元素以单数或复数的形式来描述。然而，单数和复数形式被适当地选择用于所提出的情况仅仅是为了方便解释而无意将本公开限制于此。因此，单数形式可以包括复数形式，并且复数形式也可以包括单数形式，除非上下文另有明确说明。
在现有技术中，已知使用拉曼光谱或光学相干断层成像来对目标对象（如癌症/肿瘤）进行诊断/筛查。然而，单独使用其中任一种技术用于筛查都具有各自的缺点，无法同时获得高效率、高准确性和高特异性，尤其是因为拉曼光谱检测较慢，同时又由于同时使用拉曼光谱和光学相干断层成像获得信息是不同区域的信息，导致将上述获得信息进行结合时，容易使空间信息的准确度下降，不利于为癌症/肿瘤的诊断/筛查等提供有意义的辅助信息。
为了解决上述技术问题，本公开提供了一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置。由于所述基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置除了包括拉曼光谱分析模块和光学相干断层成像模块之外，还包括共定位模块，共定位模块可以控制拉曼光谱分析模块和/或光学相干断层成像模块对目标对象探测的取样位置。因此，通过对目标对象探测的取样位置的控制，本发明的多模态成像装置可以实现拉曼光谱和光学相干断层成像空间共定位探测。此外，本公开提供的多模态成像装置还可以减少拉曼光谱分析所需要进行检测的区域，也就是说无需对全部区域进行拉曼光谱分析，而只对通过光学相干断层成像模块获得的影像中的关注区域进行分析。例如，只需要通过共定位模块控制拉曼光谱的第一取样位置从而对通过光学相干断层成像模块获得的影像中的关注区域进行分析，这在很大程度上回避了拉曼光谱分析检测速度慢的缺点，却仍然利用了拉曼光谱分析高准确性和高特异性的优点，从而以协同的方式提高了整体检测效率。显然，在此方式中，同样获得了空间共定位的两种信息。本公开的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置中在探头中设置聚焦透镜使得探头的尺寸得以缩小，有利于集成到现有的内镜系统中。
下面将参照附图对上述本公开提供的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置进行详细的说明。
图1示出了根据本公开实施例的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图。
参照图1，所述基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置可以包括拉曼光谱分析模块100、光学相干断层成像模块200和共定位模块300。
所述基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置还可以包括探头400。
拉曼光谱分析模块100可以用于使用激发光获得目标对象的在第一取样位置处的拉曼光谱信息。
光学相干断层成像模块200可以用于使用成像探测光获得目标对象的在第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像。
共定位模块300可以用于根据确定的目标对象的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位。参照图1，来自拉曼光谱分析模块100并且经过共定位模块300的拉曼光谱的激发光和来自光学相干断层成像模块200的成像探测光的光路，在探头400中耦合后对目标对象进行探测和检测。
在根据图1的实施方式中，由不同于所述多模态成像装置的成像装置（未示出，例如，内窥镜的白光内镜模块和/或窄带成像模块）获得目标对象的关注区域（例如，患者体内的可能病变区域）。
在一个实施例中，例如，在内窥镜的白光内镜模块和/或窄带成像模块获得的目标对象的图像中，可以通过医生的手动操作，确定预定区域作为目标对象的关注区域。
在另一个实施例中，也可以通过所述多模态成像装置的处理模块，通过预定的图像处理算法，在内窥镜的白光内镜模块和/或窄带成像模块获得的目标对象的图像中，确定预定区域作为目标对象的关注区域。
共定位模块300用于根据获得的关注区域，控制拉曼光谱分析模块100中的激发光的第一取样位置，使其移动至与关注区域基本重合；光学相干断层成像模块200用于对第一取样位置（也就是关注区域）进行成像探测从而实现第一取样位置和第二取样位置（来自光学相干断层成像模块200）在所述关注区域内实现空间共定位。然而，本发明不限于这一种特定实施方式。例如，尽管没有示出，但本发明的共定位模块300也可控制光学相干断层成像模块200的第二取样位置，使其移动至与关注区域基本上重合，并使用拉曼光谱分析模块100对取样位置进行分析探测，从而在所述关注区域内实现空间共定位。另外，本发明的实施方式也可包括同时和/或同步控制第一取样位置和第二取样位置对关注区域进行扫描分析探测。
在根据图1的另一个实施方式中，光学相干断层成像模块200可以用于使用成像探测光获得目标对象的至少一个二维组织结构影像以及在所述至少一个二维组织结构影像中确定目标对象的关注区域，共定位模块300可以用于根据确定的关注区域，控制拉曼光谱分析模块100中的激发光的（第一）取样位置，从而获得所述关注区域中不同位置的拉曼光谱信息。然而，本发明不限于此。例如，尽管没有示出，也可使用拉曼光谱分析模块100用于确定目标对象的关注区域，控制光学相干断层成像模块200的第二取样位置在关注区域内扫描成像，从而获得关注区域中组织结构影像和轴向信息。显然，无论是控制拉曼光谱分析模块100的第一取样位置，还是控制控制光学相干断层成像模块200的第二取样位置，通过使用共定位模块300，本发明都可获得空间共定位的拉曼光谱信息和组织结构影像。本领域技术人员可基于实际情况采取相应的实施方式。
图1中各个模块之间的关系仅是示意性的并不限制共定位模块300的具体控制方式和具体连接关系。
通过图1可以看出，共定位模块300赋予了操作人员控制拉曼光谱的激发光的第一取样位置的能力，从而使第一取样位置与关注区域基本上重合，继而使得第二取样位置覆盖（例如通过扫描）第一取样位置，如此就可获得空间共定位的拉曼光谱信息和组织结构/形态影像。此外，在一个变体实施方式中，可以利用光学相干断层成像模块200快速获得组织结构影像以及确定目标对象的关注区域，再进一步引导拉曼光谱的激发光的取样位置从而实现对目标对象的高风险位置的具有高准确性和特异性的诊断用信息。
下面将结合图2至图5B来详细描述图1中各模块包括的内容。
图2示出了根据本公开实施例的一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图。
参照图2，基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置包括的探头400可以具有外壳401和探测窗402，并且用于对目标对象进行探测，来自拉曼光谱分析模块100的激发光和来自光学相干断层成像模块200的成像探测光在探头400中耦合。
拉曼光谱分析模块100可以包括：第一光源101、第一分束镜102、第一耦合物镜103、第一光纤104、光谱仪109、第一透镜组105和第一二向色镜106，并且沿拉曼光谱的激发光出射光路分别设置第一分束镜102、共定位模块300、第一耦合物镜103、第一光纤104、第一透镜组105和第一二向色镜106。
第一光源101可以选择本领域中适合用于拉曼光谱的激发光的任何光源，例如在图2中所示的实施方式中使用波长为785 nm的拉曼激发光源。
第一分束镜102可以用于传输来自第一光源101的激发光和反射来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光。
光谱仪109可以用于接收经第一分束镜102反射的来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光。
第一耦合物镜103可以用于接收来自第一分束镜102或来自共定位模块300的出射光。
第一光纤104可以用于接收来自第一耦合物镜103的出射光。
第一透镜组105可以用于接收来自第一光纤104的出射光。
第一二向色镜106可以用于接收和传输来自第一透镜组105的出射光。
光谱仪109和第一分束镜102之间可以设置有光栅107和接收透镜108。
光栅107可以用于对来自第一分束镜102的反射光分光。
接收透镜108可以用于接收来自光栅107的出射光。
光谱仪109可以用于接收来自接收透镜108的出射光。
第一透镜组105可以包括第一收集透镜115。
通过调节第一收集透镜115的参数，使得可以控制拉曼光谱在目标对象上的光斑大小。根据需要，该光斑大小可以在5 μm-1 mm（直径）范围内调节。在一个优选的实施方式中，第一收集透镜115使得来自第一光源101的拉曼光谱的激发光的光斑大小与关注区域的大小基本相同。另外，在一个替代实施方式中，第一透镜组也可使用聚焦透镜，包括高色散和/或高数值孔径的聚焦透镜。例如，可使用的聚焦透镜的有效焦距可在2-3 mm，工作距离可在1 mm，而数值孔径N/A=0.5。高色散透镜能够增加轴向视野，高数值孔径有利于提高分辨率和成像信噪比。在本发明的此实施方式中，使用第一收集透镜115使得来自第一光源101的拉曼光谱的激发光的光斑大小与关注区域大小一致是优选的，因为这可节省获得拉曼光谱信息的时间。
同时使用高色散透镜与光栅分光有利于同时获得目标对象的不同深度的拉曼光谱信息，提高检测速度。
第一光纤104可以包括多芯光纤，其中由多芯光纤中心部分的至少一个纤芯组成的中心纤芯组用于传输来自第一光源101的拉曼光谱的激发光，由多芯光纤中围绕所述中心纤芯组的至少一个纤芯组成的外围纤芯组用于传输拉曼光谱的散射信号光。
外围纤芯组可以以中心纤芯组为中心而对称分布。
中心纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有带通滤光片，并且所述外围纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有陷波滤光片和/或长通滤光片。
中心纤芯组和外围纤芯组的横截面基本上是圆形的。
如图2所示对第一光纤104靠近目标对象一侧的横截面进行了放大的示意性的描述，其中，仅示出了第一光纤中包括的多芯光纤的一种布置方式，其它更多的布置方式请参见图3。此外，图2所示的这种中心对称的布置方式有利于最大限度地降低信号损失，获得高信噪比的拉曼光谱信号。
在探头400内部的由多芯光纤中心部分的至少一个纤芯组成的中心纤芯组（如由图2中标记为“BP”所对应的纤芯组成的中心纤芯组）用于传输来自第一光源101的拉曼光谱的激发光，由多芯光纤中围绕所述中心纤芯组的至少一个纤芯组成的外围纤芯组（如由图2中标记为“NF”所对应的纤芯组成的外围纤芯组）用于传输拉曼光谱的散射信号光，其中，中心纤芯组和外围纤芯组的横截面优选是圆形的。
中心纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有带通（BP，band-pass）滤光片，以BP表示，并且外围纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有陷波（NF，notch-filter）滤光片，以NF表示。也就是说，拉曼光谱的激发光通过带通滤光片激发目标对象的拉曼光谱，拉曼散射光信号通过陷波滤光片滤除背景噪音，这样的设置有利地提升信号信噪比。
如图2所示，光学相干断层成像模块200可以包括探测器206、第二光源201、分束器202、干涉仪203、耦合光纤204、第二光纤205、第二透镜组207、近端扫描子模块209和第一反射镜208。
第二光源201可以选择本领域中适合用于光学相干断层成像的任意光源，例如在图2中所示的实施方式中使用波长为1325 nm的扫频光源。
探测器206可以包括平衡光电探测器，并且可以包括基于高速数模转换器和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的采集系统，其可实现视频流的组织结构图像重建与显示。FPGA系统将探测光干涉信号转换为样本结构灰度图、衰减系数灰度图，传给上位机做显示。
分束器202可以如图所示的50/50分束器。
探测器206与分束器202之间可以设置环形器（未示出）。
第二光源201、干涉仪203、探测器206和第二光纤205之间通过耦合光纤204的一部分光学耦合至分束器202。
耦合光纤204的另一部分204’耦合至第二光纤205。
第二透镜组207可以用于接收来自第二光纤205的出射光，第一反射镜208可以用于反射来自第二透镜组207的出射光，第一二向色镜106可以用于反射来自第一反射镜208的反射光从而使来自第一透镜组105的光与来自第二透镜组207的光耦合。
第一透镜组105和第二透镜组207可以并行设置在探头400内部，第一二向色镜106、近端扫描子模块209、第一反射镜208和至少一部分第二光纤205可以位于探头400内部。这种探头设计使得可将探头内径缩小到2-10mm（远小于现有技术中传统光路设计使用的5cm的尺寸），有利于集成到现有的内镜系统的工作通道内，减小内镜探测可能带来的损伤，有利于临床使用。
近端扫描子模块209可以用于控制第一反射镜208的位置。
近端扫描子模块209可以用于通过控制第一反射镜208的位置来控制第二光源201的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
近端扫描子模块209可以包括微电机，其中，微电机可以至少绕一个轴（如x轴和/或y轴）旋转来实现快速的目标对象的二维扫描（即逐行扫描，每次行扫描获得一个二维组织结构图像），以获得目标对象的至少一个二维组织结构影像；当扫描目标对象获得多个二维组织结构影像时可以形成目标对象的三维视图。
第二透镜组207可以包括第二聚焦透镜217和衍射透镜227，其中，衍射透镜227可以设置在第二聚焦透镜217和第一反射镜208之间。
第二光纤205和第二聚焦透镜217之间可以设置耦合胶210，其中，耦合胶210可以用于使第二光纤205和第二聚焦透镜217之间的光路更好地耦合，以便更好地传输光。注意，耦合胶210不是必要设置，而是优选设置。
通过使用第二聚焦透镜217，使得可控制第二光源201发出的入射光在目标对象上的光斑大小。根据需要，该光斑大小可在5 μm-1 mm（直径）范围内调节。另外，可使用的聚焦透镜包括高色散和/或高数值孔径的聚焦透镜。例如，可使用的聚焦透镜的有效焦距可在2-3 mm，工作距离可在1 mm，而数值孔径N/A=0.5。高色散透镜能够增加轴向视野，高数值孔径有利于提高分辨率和成像信噪比。另外，在本公开的该实施方式中，衍射透镜227可以补偿色散，改善波长带宽，提升分辨率，从而提高成像质量。
第二光纤205或耦合光纤204可以包括单模光纤。
继续参照图2，共定位模块300可以位于拉曼光谱分析模块100的激发光入射光路中。
共定位模块300可以位于第一分束镜102和第一耦合物镜103之间。
共定位模块300可以具有可切换的第一模式和第二模式，其中，在第一模式中，共定位模块300可以不改变第一取样位置；在第二模式中，共定位模块300可以用于控制第一取样位置。
共定位模块300可以包括第一翻转镜301、第二翻转镜302、第一扫描振镜303和第二扫描振镜304，其中，第一翻转镜301和第二翻转镜302可以设置在第一分束镜102和第一耦合物镜103之间。
第一翻转镜301和第二翻转镜302可以用于通过围绕正交于第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路的轴转动来控制第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路平行或不平行；第一扫描振镜303和第二扫描振镜304可以用于通过围绕不同的轴转动来控制第一取样位置。
在所述第一模式中，第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面可以与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路平行。
在所述第二模式中，第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面可以与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路不平行。
在第二模式中，第一翻转镜301可以用于接收并且反射经第一分束镜102传输的光，第一扫描振镜303可以用于接收并且反射来自第一翻转镜301的反射光，第二扫描振镜304可以用于接收并且反射来自第一扫描振镜303的反射光，第二翻转镜302可以用于接收并且反射来自第二扫描振镜304的反射光，第一耦合物镜103可以用于接收来自第二翻转镜302的反射光。
第一扫描振镜303和第二扫描振镜304可以包括电流计扫描振镜（Galvo scanningsystem，Galvo扫描系统）、微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）驱动的反射镜或共振振镜。
如图2所示的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的工作方式可以是如下所示的方式：
来自第一光源101的激发光依次通过第一分束镜102、共定位模块300，经过第一耦合物镜103准直后进入第一光纤104。第一光纤104的出射光通过第一收集透镜115，其中第一光纤为多芯光纤。可选择第一收集透镜115的参数来控制拉曼光谱探测光的光斑大小，其中光斑直径可在5微米-1毫米的范围内调节。第一收集透镜115的出射光再经过第一二向色镜106与来自光学相干断层成像模块200的成像探测光耦合后通过探测窗402对目标对象进行探测。来自目标对象的拉曼光谱散射光沿与激发光大体相同的光路返回，经过第一分束镜102反射而入射到光栅107而被分光，光栅107的出射光经过接收透镜108之后通过光谱仪109被检测。
来自第二光源201的成像探测光通过分束器202之后，经过耦合光纤204的另一部分204’进入第二光纤205，进而进入到探头400中。在探头400中的第二光纤205的出射光经过耦合胶210后进入到第二聚焦透镜217中，然后再通过衍射透镜227入射到第一反射镜208上。可选择第二聚焦透镜217的参数来控制成像探测光的光斑大小，其中，光斑直径可在5微米-1毫米的范围内调节。在第二透镜组207中使用衍射透镜227改善了成像分辨率。第一反射镜208的出射光入射到第一二向色镜106从而与通过第一二向色镜106的拉曼光谱激发光耦合，然后通过探测窗402对目标对象进行成像。在该实施方式中，近端扫描子模块209通过沿至少一个轴旋转，来控制第一反射镜208的位置，进而影响由第一反射镜208反射的光路，以实现对目标对象的二维扫描。来自目标对象的散射光沿着与入射光基本相同的光路返回，经过分束器202、干涉仪203和环形器（未示出）被探测器206探测。
在该实施方式中，通过调节第一翻转镜301和第二翻转镜302的相对于第一分束镜102和第一耦合物镜之间103的光路的角度可以使共定位模块300在第一模式和第二模式之间切换。
在第一模式中，当第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路平行时，共定位模块300的存在并不影响第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路的入射方向，从而不影响拉曼光谱激发光在目标对象上取样位置（如上述第一取样位置）。
在第二模式中，当第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路不平行时，例如以图2中所示的角度设置时，第一翻转镜301用于接收并且反射经第一分束镜102传输的光，第一扫描振镜303用于接收并且反射来自第一翻转镜301的反射光，第二扫描振镜304用于接收并且反射来自第一扫描振镜303的反射光，第二翻转镜302用于接收并且反射来自第二扫描振镜304的反射光，第一耦合物镜103用于接收来自第二翻转镜304的反射光。在此种情况下，第二模式的共定位模块300会对拉曼光谱的激发光产生影响。例如，围绕预先设定的轴转动第一扫描振镜303和/或第二扫描振镜304会使得第一分束镜102的出射光以一定的角度偏离原光路的方向（如第一模式的光路的方向），这导致第一耦合物镜103的入射光的位置也被改变。这样的结果是改变了拉曼光谱的激发光在目标对象上的取样位置（如上述第一取样位置）。在本实施方式中，第一扫描振镜303和第二扫描振镜304可分别沿相互正交的轴转动。
然而，本公开并不限于此，本领域技术人员在以上公开的基础上可以根据实际情况或需要来设定转动第一扫描振镜303和第二扫描振镜304的轴的空间方位。可以选择在给定坐标系下具有一定方位的轴，从而通过转动第一扫描振镜303和第二扫描振镜304来以不同方式影响拉曼光谱的激发光的位置/角度/形状。在该实施方式中，第一扫描振镜303和第二扫描振镜304使用MEMS驱动的反射镜。然而，本公开并不限于此，本领域技术人员在以上公开的基础上可以根据实际情况或需要来使用其他具有等同功能的光学元件，例如Galvo振镜或共振振镜。本公开除了提供关于图2所示的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置之外，还提供了另外一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，接下来将结合图4对此进行详细介绍。
图4示出了根据本公开实施例的另一个实施方式的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的示意图。
参照图4，基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置包括的探头400、拉曼光谱分析模块100和共定位模块300中包括的各个组件以及各组件的作用和光路与图2中的一致，详情请参见关于图2的描述，在此不做赘述。
光学相干断层成像模块200可以包括探测器206、第二光源201、分束器202、干涉仪203、耦合光纤204、远端扫描子模块209’、第一反射镜213、第二耦合物镜211、第二光纤205、第二透镜组207和第二反射镜208’。
第二光源201可以选择本领域中适合用于光学相干断层成像的任意光源，例如在图4中所示的实施方式中使用波长为1325 nm的扫频光源。
探测器206可以包括平衡光电探测器，并且可以包括基于高速数模转换器和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的采集系统，其可实现视频流的组织结构图像重建与显示。FPGA系统将探测光干涉信号转换为样本结构灰度图、衰减系数灰度图，传给上位机做显示。
分束器202可以如图所示的50/50分束器。
探测器206与分束器202之间可以设置环形器（未示出）。
沿第二光源201的出射光的传输方向可以依次设置分束器202、远端扫描子模块209’、第一反射镜213、第二耦合物镜211和第二光纤205。
第二光源201、干涉仪203、探测器206和远端扫描子模块209’之间可以通过耦合光纤204光学耦合至分束器202。
远端扫描子模块209’可以设置在第一反射镜213和分束器202之间并且可以用于接收以及反射来自第二光源201经过分束器202传输的光。
第二耦合物镜211可以用于接收来自第一反射镜213反射的光。
第二光纤205可以用于接收来自第二耦合物镜211的出射光。
第二透镜组207可以用于接收来自第二光纤205的出射光，第二反射镜208’可以用于反射来自第二透镜组207的出射光，第一二向色镜106可以用于反射来自第二反射镜208’的反射光从而使来自第一透镜组105的光与来自第二透镜组207的光耦合。
第一透镜组105和第二透镜组207可以并行设置在探头400内部，第一二向色镜106、第二反射镜108’和至少一部分第二光纤205可以位于探头400内部。这种探头设计使得可将探头内径缩小到2-10mm（远小于现有技术中传统光路设计使用的5cm的尺寸），有利于集成到现有的内镜系统的工作通道内，减小内镜探测可能带来的损伤，有利于临床使用。
远端扫描子模块209’可以用于通过围绕至少一个轴（如x轴和/或y轴）转动来控制第二光源201的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
远端扫描子模块209’可以包括Galvo振镜或MEMS驱动的反射镜，其中，由Galvo振镜或MEMS驱动的反射镜可以接收以及反射来自分束器202的光或来自第一反射镜213的光。
远端扫描子模块209’可以至少绕一个轴（如x轴和/或y轴）旋转来实现快速的目标对象的二维扫描（即逐行扫描，每次行扫描获得一个二维组织结构图像），以获得目标对象的至少一个二维组织结构影像；当扫描目标对象获得多个二维组织结构影像时可以形成目标对象的三维视图。
第二光纤205可以包括多芯光纤，其中芯的布置可以依据实际需要来布置（例如使用图2至图4中所示的布置方式），此处不再赘述。
第二透镜组207可以包括第二聚焦透镜217和衍射透镜227，其中，衍射透镜227可以设置在第二聚焦透镜217和第二反射镜208’之间。
第二光纤205和第二聚焦透镜217可以设置耦合胶210，其中，耦合胶210可以用于使第二光纤205和第二聚焦透镜217之间的光路更好地耦合，以便更好地传输光。注意，耦合胶210不是必要设置，而是优选设置。
通过使用第二聚焦透镜217，使得可控制第二光源201发出的入射光在目标对象上的光斑大小。根据需要，该光斑大小可在5 μm-1 mm（直径）范围内调节。另外，可使用的聚焦透镜包括高色散和/或高数值孔径的聚焦透镜。例如，可使用的聚焦透镜的有效焦距可在2-3 mm，工作距离可在1 mm，而数值孔径N/A=0.5。高色散透镜能够增加轴向视野，高数值孔径有利于提高分辨率和成像信噪比。另外，在本公开的该实施方式中，衍射透镜227可以补偿色散，改善波长带宽，提升分辨率，从而提高成像质量。
第二光纤205或耦合光纤204可以包括单模光纤。
如图4所示的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的工作方式可以是如下所示的方式：
来自第一光源101的激发光依次通过第一分束镜102、共定位模块300，经过第一耦合物镜103准直后进入第一光纤104。第一光纤104的出射光通过第一收集透镜115，其中第一光纤为多芯光纤。可选择第一收集透镜115的参数来控制拉曼光谱探测光的光斑大小，其中光斑直径可在5微米-1毫米的范围内调节。第一收集透镜115的出射光再经过第一二向色镜106与来自光学相干断层成像模块200的成像探测光耦合后通过探测窗402对目标对象进行探测。来自目标对象的拉曼光谱散射光沿与激发光大体相同的光路返回，经过第一分束镜102反射而入射到光栅107而被分光，光栅107的出射光经过接收透镜108之后通过光谱仪109被检测。
来自第二光源201的成像探测光通过分束器202之后，经过耦合光纤204到达远端扫描子模块209’，经过远端扫描子模块209’反射后达到第一反射镜213，经过第一反射镜213反射的成像探测光达到第二耦合物镜211，经过第二耦合物镜211准直后进入第二光纤205，进而进入到探头400中。在探头400中的第二光纤205的出射光经过耦合胶210后进入到第二聚焦透镜217中，然后再通过衍射透镜227入射到第二反射镜208’上。可选择第二聚焦透镜217的参数来控制成像探测光的光斑大小，其中，光斑直径可在5微米-1毫米的范围内调节。在第二透镜组207中使用衍射透镜227改善了成像分辨率。第二反射镜208’的出射光入射到第一二向色镜106从而与通过第一二向色镜106的拉曼光谱激发光耦合，然后通过探测窗402对目标对象进行成像。在该实施方式中，远端扫描子模块209’通过沿至少一个轴旋转，来控制第二光源201的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置，实现对目标对象的快速二维扫描。来自目标对象的散射光沿着与入射光基本相同的光路返回，经过第二耦合物镜211、第一反射镜213、远端扫描子模块209’、分束器202、干涉仪203和环形器（未示出）被探测器206探测。
在该实施方式中，通过调节第一翻转镜301和第二翻转镜302的相对于第一分束镜102和第一耦合物镜之间103的光路的角度可以使共定位模块300在第一模式和第二模式之间切换。
在第一模式中，当第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路平行时，共定位模块300的存在并不影响第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路的入射方向，从而不影响拉曼光谱激发光在目标对象上取样位置（如上述第一取样位置）。
在第二模式中，当第一翻转镜301和第二翻转镜302的镜面与第一分束镜102和第一耦合物镜103之间的光路不平行时，例如以图4中所示的角度设置时，第一翻转镜301用于接收并且反射经第一分束镜102传输的光，第一扫描振镜303用于接收并且反射来自第一翻转镜301的反射光，第二扫描振镜304用于接收并且反射来自第一扫描振镜303的反射光，第二翻转镜302用于接收并且反射来自第二扫描振镜304的反射光，第一耦合物镜103用于接收来自第二翻转镜302的反射光。在此种情况下，第二模式的共定位模块300会对拉曼光谱的激发光产生影响。例如，围绕预先设定的轴转动第一扫描振镜303和/或第二扫描振镜304会使得第一分束镜102的出射光以一定的角度偏离原光路的方向（如第一模式的光路的方向），这导致第一耦合物镜103的入射光的位置也被改变。这样的结果是改变了拉曼光谱的激发光在目标对象上的取样位置（如上述第一取样位置）。在本实施方式中，第一扫描振镜303和第二扫描振镜304可分别沿相互正交的轴转动。
然而，本公开并不限于此，本领域技术人员在以上公开的基础上可以根据实际情况或需要来设定转动第一扫描振镜303和第二扫描振镜304的轴的空间方位。可以选择在给定坐标系下具有一定方位的轴，从而通过转动第一扫描振镜303和第二扫描振镜304来以不同方式影响拉曼光谱的激发光的位置/角度/形状。在该实施方式中，第一扫描振镜303和第二扫描振镜304使用MEMS驱动的反射镜。然而，本公开并不限于此，本领域技术人员在以上公开的基础上可以根据实际情况或需要来使用其他具有等同功能的光学元件，例如Galvo振镜或共振振镜。
在图2或图4所述的实施方式中，多模态成像装置还可以包括图像处理模块（未示出），用于融合空间共定位的第一取样位置处的拉曼光谱信息和第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像，以生成关注区域的融合的多模态信息。
作为示例，图像处理模块可以使用长短时间记忆模型LSTM算法融合的方式进行对拉曼光谱信息和二维组织结构影像的处理，以生成关注区域的融合的多模态信息。
在图2或图4所示的实施方式中，本公开实施例提供的多模态成像装置具有多种运行方式，在下文中仅以示例性方式列出其中的几种方式。
作为第一种运行方式，其共定位探测流程可参见图5A。在此运行方式中，第二聚焦透镜217使得光学相干断层成像模块200在目标对象上的光斑大小大于第一取样位置的大小。
在步骤S1中，通过NBI或WLR对目标对象成像，识别出关注区域A1（斜线阴影部分）。该识别过程可依靠操作人员或医生进行，也可依靠算法进行。在一个优选的实施方式中，通过深度学习模型（CNN）图像分割算法实现自动识别关注区域（肿瘤或疑似肿瘤部位）。
在步骤S2中，共定位模块300移动拉曼光谱分析模块100的第一取样位置，使其与关注区域A1基本上重合，并且对该区域进行拉曼光谱分析；拉曼光谱信息可反映出特异分子的结构信息，例如脂质、蛋白质等，并且信号强度与浓度相关；因此，选择与发生癌症病变相关的特异分子非常有助于癌症的筛查和检测。接着，光学相干断层成像模块200利用其近端扫描子模块近端扫描子模块209或远端扫描子模块209’在第一取样位置内进行逐行扫描成像，获得与第一取样位置空间共定位的至少一个二维组织结构影像，所述至少一个二维组织结构影像整体为该取样位置的3D-OCT图像。
在步骤S3中，对获得的空间共定位多模态信息进行分析。优选地，使用长短时间记忆模型LSTM算法融合的方式进行分析。由此可见，本发明的该多模态成像装置利用共定位模块300控制拉曼光谱分析模块100的第一取样位置，使其与关注区域基本上重合并且在此区域内再利用光学相干断层成像模块200进行扫描成像，这允许获得空间共定位的拉曼光谱信息和组织结构影像信息。由于空间上的高度一致性，本发明获得了真正意义上的同一精确位置的多模态信息。这有助于提高拉曼光谱信息和组织结构影像信息的相关性从而提高诊断/筛查的准确度和效率。希望指出的是，本发明不限于这一种具体的实施方式，例如，尽管没有示出，但本发明的共定位模块300也可控制光学相干断层成像模块200的第二取样位置，使其移动至与关注区域A1基本上重合，并使用拉曼光谱分析模块100对取样位置进行分析探测，从而在所述关注区域内实现空间共定位。
作为另一种运行方式，其共定位探测流程可参见图5B。在该方式中，拉曼光谱分析模块100中的第一透镜组105使用聚焦透镜，并且第一取样位置的大小小于光学相干断层成像模块200在目标对象上的光斑大小。在该方式中，光学相干断层成像模块200用于使用成像探测光获得目标对象的至少一个二维组织结构影像，以及在所述至少一个二维组织结构影像中确定目标对象的关注区域，共定位模块300用于根据确定的关注区域，控制拉曼光谱分析模块100中的激发光的第一取样位置，从而获得所述关注区域中不同位置的拉曼光谱信息。
具体地，在步骤S1中，通过近端扫描子模块209或远端扫描子模块209’进行逐行扫描后获得目标对象的至少一个二维组织结构影像（图5B中示出获得目标对象的4个二维组织结构影像，其整体类似与一个与目标对象对应的3D-OCT图像）。
在步骤S2中，针对每一个二维组织结构影像识别出关注区域A1（斜线阴影部分）。该识别过程可依靠操作人员或医生进行，也可依靠算法进行。
在步骤S3中，通过共定位模块300控制拉曼光谱分析模块的取样位置A1’（斜线阴影部分），从而获得关注区域A1中的拉曼光谱信息。拉曼光谱信息可反应出特异分子的结构信息，例如脂质、蛋白质等，并且信号强度与浓度相关。因此，选择与发生癌症病变相关的特异分子非常有助于癌症的筛查和检测。根据本公开实施例，可以利用长短时间记忆模型LSTM算法融合多模态信息（OCT组织结构图像与共定位的拉曼光谱数据），可以进一步提升癌症或肿瘤诊断的准确性。由此可见，共定位模块300通过控制拉曼光谱激发光在特定的关注区域中的取样位置实现了拉曼光谱分析和光学相干断层成像的高效率的协同运行，能够实现高准确性和高特异性的癌症/肿瘤筛查和诊断。如上文所述，本发明不限于此，也可用合适的透镜和操作方式来使用拉曼光谱分析模块100获得关注区域A1，控制光学相干断层成像模块200在关注区域A1内进行扫描，获得空间共定位的拉曼光谱信息和组织结构影像信息。这种方式的优点是，可以基于二维的拉曼光谱信息获得的关注区域，进一步使用3D-OCT成像获得相应的轴向组织结构影像信息。本领域技术人员在上述公开内容的基础上可以根据不同的关注点选择具体的相应实施方式。
根据本公开实施例的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，可在脑胶质瘤、甲状腺肿瘤、宫颈癌、膀胱癌、前列腺癌、妇科类肿瘤、泌尿类肿瘤等检测场景下使用，实现组织横向平面切缘检测。
图1、2或4所示的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置可以为内窥镜。
图1、2或4所示的探头的直径可以为2-10mm。
图1、2或4所示的探头的直径可以为2-5mm。
在如图2或4所示的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置中，光学相干断层成像模块和拉曼光谱分析模块的示例性技术参数可以如下所示：
光学相干断层成像模块技术参数可以包括：成像速度2-5 体积（volume）体成像/秒或200-500 B-scan帧/秒，成像视野0.5mm-2mm，分辨率与成像深度取决于光源的中心波长，采用1325nm的中心波长分辨率15-20 μm深度1-2mm，800nm中心波长分辨率4-10 μm深度0.5-1mm。
拉曼光谱分析模块技术参数可以包括：光谱采集速度2-5Hz，光谱分辨率5-10波数，光谱仪接收波长范围800-1100 nm，拉曼光谱探测范围800-1800波数和2800-3600波数。
注意，以上参数仅是示例，也可以是其它参数，只要这些参数能够实现上述基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置并达到相应的技术效果即可。
由上述结合附图1至5B以两种实施方式来详细描述了本公开所提供的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置。由上述详细描述可知，本公开的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置中的光学相干断层成像模块用于获得目标对象的至少一个二维组织结构影像，而共定位模块用于根据确定的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位。这种协同运作的结果可以是，允许操作人员先依据组织结构影像初步确认疑似具有癌症风险的关注区域，接着通过共定位模块引导和控制拉曼光谱分析模块和/或光学相干断层成像模块的取样位置，从而获得关注区域的拉曼光谱信息，利用拉曼光谱的高准确性和特异性的优点获得更准确的作为诊断依据的信息。关注区域可以依照算法也可以依据操作人员的经验来确定。在优选的实施方式中，根据算法快速且自动识别出关注区域，然后通过共定位模块引导拉曼光谱分析模块的激发光和/或光学相干断层成像模块的探测光至取样位置，从而获得较为准确的作为诊断依据的与癌症/肿瘤相关的特异分子（脂质、蛋白等）的光谱信息；实施方式中从关注区域的识别到通过共定位模块引导拉曼光谱的激发光的过程可以是自动化的，这允许在体进行实时、精准的癌症检测。
在以上过程中，共定位模块可以减少拉曼光谱分析所需要进行检测的区域，也就是说无需对全部区域进行拉曼光谱分析，而只对关注区域进行分析，这在很大程度上回避了拉曼光谱分析检测速度慢的缺点，却仍然利用了拉曼光谱分析高准确性和特异性的优点，从而提高了整体检测效率。
另外，共定位模块可在两种模式之间切换，使得可根据需要关闭和开启共定位功能。
此外，基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的探头设置使得可以探头尺寸得以缩小，例如探头尺寸缩小到2-10 mm，甚至2-5 mm。从而有利于集成到现有的内镜系统的工作通道内，有利于临床使用。
最后，以背景技术部分中提到的宫颈癌为例。在作为内窥镜而使用本公开的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置进行诊断时，可以非常协同高效、无创、实时的方式获得：宫颈癌前病变CIN诊断的灵敏度特异性超过98%，CIN1型早期癌前病变的诊断准确性超过90%。
此外，根据本公开实施例的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的控制方法可被记录在计算机可读记录介质中。具体地，根据本公开，可提供一种存储有计算机可执行指令的计算机可读记录介质，当所述计算机可执行指令被处理器执行时，可促使处理器执行对如上所述基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置的控制方法。计算机可读记录介质的示例可包括磁介质（例如硬盘、软盘和磁带）；光学介质（例如CD-ROM和DVD）；磁光介质（例如，光盘）；以及特别配制用于存储并执行程序指令的硬件装置（例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等）。
此外，根据本公开，还可提供一种包括处理器和存储器的设备，所述存储器中存储有计算机可执行指令，其中，当所述计算机可执行指令被处理器执行时，促使处理器执行如上所述的控制方法。计算机可执行指令的示例包括例如由编译器产生的机器码和包含可使用解释器由计算机执行的高级代码的文件。
需要说明的是，附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含至少一个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
一般而言，公开的各种示例实施例或实施方式可以在硬件或专用电路、软件、固件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其它方面可以在可以由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实施。当本公开的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其它图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备，或其某些组合中实施。
在上面详细描述的本公开的示例实施方式仅仅是说明性的，而不是限制性的。本领域技术人员应该理解，在不脱离本公开的原理和精神的情况下，可对这些实施例或其特征进行各种修改和组合，这样的修改应落入本公开的范围内。

Claims (34)

1.一种基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，包括：
拉曼光谱分析模块，用于使用激发光获得目标对象的在第一取样位置处的拉曼光谱信息；
光学相干断层成像模块，用于使用成像探测光获得目标对象的在第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像；以及
共定位模块，用于根据确定的目标对象的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位，
其中，所述根据确定的目标对象的关注区域，控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置和/或光学相干断层成像模块中的第二取样位置，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位，包括：
控制拉曼光谱分析模块中的激发光的第一取样位置，使其移动至与所述关注区域重合，并且使用光学相干断层成像模块对所述关注区域进行成像探测，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位；或者
控制光学相干断层成像模块的第二取样位置，使其移动至与所述关注区域重合，并且使用拉曼光谱分析模块对所述关注区域进行分析探测，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位；或者
同时和/或同步控制第一取样位置和第二取样位置对所述关注区域进行扫描分析探测，以使得所述第一取样位置和所述第二取样位置在所述关注区域内实现空间共定位。
2.如权利要求1所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，多模态成像装置包括探头，所述探头具有外壳和探测窗，并且用于对目标对象进行探测，来自拉曼光谱分析模块的激发光和来自光学相干断层成像模块的成像探测光在探头中耦合。
3.如权利要求2所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，拉曼光谱分析模块包括：第一光源、第一分束镜、第一耦合物镜、第一光纤、光谱仪、第一透镜组和第一二向色镜；
第一分束镜用于传输来自第一光源的激发光和反射来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光；
光谱仪用于接收经第一分束镜反射的来自目标对象的拉曼光谱的散射信号光；
第一耦合物镜用于接收来自第一分束镜或来自共定位模块的出射光；
第一光纤用于接收来自第一耦合物镜的出射光；
第一透镜组用于接收来自第一光纤的出射光；
第一二向色镜用于接收和传输来自第一透镜组的出射光。
4.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，光谱仪和第一分束镜之间设置有光栅和接收透镜，光栅用于对来自第一分束镜的反射光分光，接收透镜用于接收来自光栅的出射光，光谱仪用于接收来自接收透镜的出射光。
5.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第一透镜组包括第一收集透镜。
6.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第一光纤包括多芯光纤，其中由多芯光纤中心部分的至少一个纤芯组成的中心纤芯组用于传输来自第一光源的拉曼光谱的激发光，由多芯光纤中围绕所述中心纤芯组的至少一个纤芯组成的外围纤芯组用于传输拉曼光谱的散射信号光。
7.如权利要求6所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，所述外围纤芯组以所述中心纤芯组为中心而对称分布。
8.如权利要求7所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，所述中心纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有带通滤光片，并且所述外围纤芯组在靠近目标对象一侧的末端设置有陷波滤光片和/或长通滤光片。
9.如权利要求8所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，所述中心纤芯组和所述外围纤芯组的横截面基本上是圆形的。
10.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，光学相干断层成像模块包括探测器、第二光源、分束器、干涉仪、耦合光纤、第二光纤、第二透镜组、近端扫描子模块和第一反射镜；
第二光源、干涉仪、探测器和第二光纤之间通过耦合光纤的一部分光学耦合至分束器；
耦合光纤的另一部分耦合至第二光纤；
第二透镜组用于接收来自第二光纤的出射光，第一反射镜用于反射来自第二透镜组的出射光，第一二向色镜用于反射来自第一反射镜的反射光从而使来自第一透镜组的光与来自第二透镜组的光耦合，
近端扫描子模块用于控制第一反射镜的位置。
11.如权利要求10所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第一透镜组和第二透镜组并行设置在探头内部，第一二向色镜、近端扫描子模块、第一反射镜和至少一部分第二光纤位于探头内部。
12.如权利要求11所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，近端扫描子模块用于通过控制第一反射镜的位置来控制第二光源的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
13.如权利要求12所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，近端扫描子模块包括微电机。
14.如权利要求10所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第二透镜组包括第二聚焦透镜和衍射透镜，衍射透镜在第二聚焦透镜和第一反射镜之间。
15.如权利要求10所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第二光纤或耦合光纤包括单模光纤。
16.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，光学相干断层成像模块包括探测器、第二光源、分束器、干涉仪、耦合光纤、远端扫描子模块、第一反射镜、第二耦合物镜、第二光纤、第二透镜组和第二反射镜；
其中，沿第二光源的出射光的传输方向依次设置分束器、远端扫描子模块、第一反射镜、第二耦合物镜和第二光纤；
第二光源、干涉仪、探测器和远端扫描子模块之间通过耦合光纤光学耦合至分束器；
远端扫描子模块设置在第一反射镜和分束器之间并且用于接收以及反射来自第二光源经过分束器传输的光；
第二耦合物镜用于接收来自第一反射镜反射的光；
第二光纤用于接收来自第二耦合物镜的出射光；
第二透镜组用于接收来自第二光纤的出射光，第二反射镜用于反射来自第二透镜组的出射光，第一二向色镜用于反射来自第二反射镜的反射光从而使来自第一透镜组的光与来自第二透镜组的光耦合。
17.如权利要求16所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第一透镜组和第二透镜组并行设置在探头内部，第一二向色镜、第二反射镜和至少一部分第二光纤位于探头内部。
18.如权利要求17所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，远端扫描子模块用于通过围绕至少一个轴转动来控制第二光源的成像探测光获得目标对象的组织结构影像的位置。
19.如权利要求18所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，远端扫描子模块包括Galvo振镜、MEMS驱动的反射镜或共振振镜。
20.如权利要求19所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第二光纤包括多芯光纤。
21.如权利要求20所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第二透镜组包括第二聚焦透镜和衍射透镜，衍射透镜在第二聚焦透镜和第二反射镜之间。
22.如权利要求21所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第二光纤或耦合光纤包括单模光纤。
23.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，共定位模块位于拉曼光谱分析模块的激发光入射光路中。
24.如权利要求23所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，共定位模块位于第一分束镜和第一耦合物镜之间。
25.如权利要求24所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，共定位模块具有可切换的第一模式和第二模式；
在第一模式中，共定位模块不改变第一取样位置；
在第二模式中，共定位模块用于控制第一取样位置。
26.如权利要求25所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，共定位模块包括第一翻转镜、第二翻转镜、第一扫描振镜和第二扫描振镜；第一翻转镜和第二翻转镜设置在第一分束镜和第一耦合物镜之间；
第一翻转镜和第二翻转镜用于通过围绕正交于第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路的轴转动来控制第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路平行或不平行；第一扫描振镜和第二扫描振镜用于通过围绕不同的轴转动来控制第一取样位置；
其中在所述第一模式中，第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路平行；以及
在所述第二模式中，第一翻转镜和第二翻转镜的镜面与第一分束镜和第一耦合物镜之间的光路不平行。
27.如权利要求26所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，在第二模式中，第一翻转镜用于接收并且反射经第一分束镜传输的光，第一扫描振镜用于接收并且反射来自第一翻转镜的反射光，第二扫描振镜用于接收并且反射来自第一扫描振镜的反射光，第二翻转镜用于接收并且反射来自第二扫描振镜的反射光，第一耦合物镜用于接收来自第二翻转镜的反射光。
28.如权利要求26所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，第一扫描振镜和第二扫描振镜包括Galvo振镜、MEMS驱动的反射镜或共振振镜。
29.如权利要求1所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，所述共定位模块用于将第一取样位置移动至与关注区域的位置重合。
30.如权利要求3所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，所述第一透镜组用于使得来自拉曼光谱分析模块的激发光在第一取样位置的光斑与关注区域是基本上重合的。
31.如权利要求1-30中任一项所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，多模态成像装置为内窥镜。
32.如权利要求2-30中任一项所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，探头的直径为2-10mm。
33.如权利要求2-30中任一项所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，其中，探头的直径为2-5mm。
34.如权利要求1-30中任一项所述的基于拉曼光谱和光学相干断层成像的多模态成像装置，还包括：
图像处理模块，用于融合空间共定位的第一取样位置处的拉曼光谱信息和第二取样位置处的至少一个二维组织结构影像，以生成关注区域的融合的多模态信息。
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