CN114521961B - 激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法，涉及医疗器械领域，通过激光装置出射具有时延的第一光源和第二光源光束，在将第一光源作为荧光光源，第二光源作为拉曼光源时，能够利用时延τ使得拉曼光源和荧光光源出射光束在时间上分离，在空间上融合，继而有效解决了荧光和拉曼一体化集成中遇到的信号干扰的问题，同时，基于荧光光源和拉曼光源之间采用时延脉冲激发理念，因此，在实现荧光和拉曼信号采集时，能够利用时延τ实现信号的间隔采集，从而避免荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，保证了拉曼测量能实时获得荧光导航的精确指导。

Description

激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法。

背景技术

在针对肿瘤患者进行手术治疗中，需要在术前通过医学影像手段(如CT、MRI、PET-CT等)对肿瘤进行预先探测，并且也进行实时的术中导航，从而辅助提高手术的效果。

现有的术中导航以吲哚菁绿(ICG)为近红外荧光示踪剂的荧光导航最为广泛，由于ICG存在非特异性分布，仅依靠被动靶向性富集于肿瘤组织，在实际判断肿瘤病灶时存在较多的假阳性。拉曼散射光谱用于多种肿瘤的离体标本定性分析及个别肿瘤术中活体诊断的研究中，它可以反映组织本身的分子信息而不需要借助外界靶向分子，同时具有广谱性和分子级别的特异性，但拉曼光谱每次采集范围有限(直径<1mm)，很难进行术中大面积筛查，荧光与拉曼的一体化可以有效地同时解决荧光特异性不足和拉曼大面积扫描耗时的问题，优势互补，实现术中实时的肿瘤定位与诊断。

然而ICG的激发光源和近红外常用的拉曼激发光源同为785nm，两者在实时同步采集时容易产生互相干扰：荧光的大面积激发光源会将拉曼目标部位周围的拉曼散射信号激发并进入拉曼收集通路进而造成干扰；拉曼测量部位的高功率密度点光源也会激发出显著高于周围区域的荧光信号并向周围组织内散射，使得荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，进而使得拉曼测量失去荧光成像的指导，也就失去了一体化的意义。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法，通过采用同源飞秒激光和时延脉冲激发解决了荧光与拉曼一体化中遇到的信号干扰以及两者成像边界不清晰的问题。

本申请实施例的一方面，提供了一种激光装置，包括用于出射飞秒脉冲激光束的激光器以及在激光器的出光侧依次设置的二分之一波片和第一偏振分光镜，第一偏振分光镜将飞秒脉冲激光束分为第一分束和第二分束以分别入射反射光路和透射光路，反射光路包括第一光学延迟片和第一反射镜，由反射光路返回的第一分束透过第一偏振分光镜后经第二偏振分光镜出射为第一光源，透射光路包括第二光学延迟片、光程差调节器和第二反射镜，由透射光路调节光程并返回的第二分束经第一偏振分光镜反射后由第二偏振分光镜出射为第二光源。

可选的，光程差调节器包括反射镜组，反射镜组包括至少两片凹面反射镜。

可选的，凹面反射镜通过调节件设置在透射光路中，通过调节件可调节凹面反射镜的主光轴方向以及相邻两片凹面反射镜之间的距离。

可选的，第一偏振分光镜和/或第二偏振分光镜为偏振分光棱镜。

本申请实施例的另一方面，提供了一种激光信号检测装置，包括上述任一种的激光装置，还包括在第一光源和第二光源的出光方向分别设置的相位分析仪，相位分析仪包括分光片和光电探测器，分光片由出射的激光束中分出检测光束以入射光电探测器。

本申请实施例的再一方面，提供了一种激光信号采集装置，包括上述任一种的激光信号检测装置，还包括分别用于采集第一光源的图像信息和第二光源的图像信息的第一相机和第二相机，以及分别与第一相机和第二相机电连接的脉冲同步控制器，脉冲同步控制器还分别与第一光源对应的光电探测器和第二光源对应的光电探测器电连接。

可选的，还包括出射光路，出射光路包括用于出射第一光源光束和第二光源光束的光学镜头，以及设置于光学镜头出光侧的第一二向色镜，由光学镜头出射的第一光源光束透过第一二向色镜后出射至目标物，由光学镜头出射的第二光源光束经第一二向色镜反射后出射至目标物。

可选的，光学镜头还用于出射白光，出射光路还包括设置于第一二向色镜反射侧的第二二向色镜，由第一二向色镜反射的白光经第二二向色镜反射后出射至目标物，由第一二向色镜出射的第二光源光束透过第二二向色镜后出射至目标物。

可选的，出射光路还包括位于第一二向色镜透射侧的第一带通滤光片，和/或，还包括位于第二二向色镜反射侧的第二带通滤光片，和/或，还包括位于第二二向色镜透射侧的第三带通滤光片。

可选的，出射光路还包括位于第二二向色镜透射侧的中性滤光片。

本申请实施例的又一方面，提供了一种激光信号采集装置的控制方法，应用于上述任一种的激光信号采集装置，方法包括：分别获取第一光源和第二光源入射光电探测器的检测光束的第一脉冲信号和第二脉冲信号；根据第一脉冲信号确定第一相机的采集周期；根据第二脉冲信号确定第二相机的采集周期。

可选的，根据第一脉冲信号确定第一相机的采集周期包括：根据第一脉冲信号和第一相机的响应时间确定第一相机的采集周期；根据第二脉冲信号确定第二相机的采集周期包括：根据第二脉冲信号和第二相机的响应时间确定第二相机的采集周期。

本申请实施例的又一方面，提供了一种图像融合方法，应用于上述任一种的激光信号采集装置，方法包括：获取第一相机和第二相机采集的图像信息；根据第二相机采集的图像信息确定第二光源的照射区域；根据第二相机采集的图像信息提取目标信息；根据目标信息对第二相机采集的图像信息中的照射区域进行识别色填充以得到填充图像信息；将填充图像信息与第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像。

可选的，还包括用于采集白光的图像信息的第三相机，第三相机与脉冲同步控制器电连接；将填充图像信息与第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像包括：将填充图像信息、第一相机和第三相机采集的图像信息进行融合得到融合图像。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请提供一种激光装置、信号检测装置、信号采集装置及方法，通过激光装置出射具有时延的第一光源和第二光源光束，在将第一光源作为荧光光源，第二光源作为拉曼光源时，能够利用时延τ使得拉曼光源和荧光光源出射光束在时间上分离，在空间上融合，继而有效解决了荧光和拉曼一体化集成中遇到的信号干扰的问题，提高了信号来源的纯净度，为装置实现高灵敏度和高特异性提供了数据基础。同时，基于荧光光源和拉曼光源之间采用时延脉冲激发理念，因此，在实现荧光和拉曼信号采集时，能够利用时延τ实现信号的间隔采集，从而避免荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，保证了拉曼测量能实时获得荧光导航的精确指导，避免了拉曼测量的盲目性和可能的位置偏差，同时还保证了荧光导航与拉曼诊断的目标同一性，为一体化导航的高精准性提供有力技术支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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他相关的附图。

图1是本实施例提供的一种激光装置的结构示意图；

图2是本实施例提供的一种激光信号检测装置的结构示意图；

图3是本实施例提供的一种激光信号采集装置的采集窗口的示意图；

图4是本实施例提供的一种激光信号采集装置的出射光路的结构示意图；

图5是本实施例提供的一种激光信号检测装置控制方法的流程示意图；

图6是本实施例提供的一种图像融合方法的流程示意图。

图标：110-飞秒脉冲激光束；111-第一分束；112-第二分束；120-荧光光源；130-拉曼光源；210-飞秒脉冲激光器；220-二分之一波片；230-第一偏振分光镜；240-第一光学延迟片；260-第一反射镜；270-第二光学延迟片；280、290、300、310-凹面反射镜；320-第二反射镜；330-第二偏振分光镜；340、360-分光片；350、370-光电探测器；380-脉冲同步控制器；390-光学镜头；400、430-平面反射镜；410-第一二向色镜；420-第二二向色镜；440-第一带通滤光片；450-第二带通滤光片；460-中性滤光片；470-第三带通滤光片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，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。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供了一种激光装置，如图1所示，包括激光器、二分之一波片220、第一偏振分光镜230、第二偏振分光镜330以及反射光路和透射光路，在设置时，二分之一波片220和第一偏振分光镜230依次设置在激光器的出光侧，反射光路和透射光路则分别设置在第一偏振分光镜230的反射侧和透射侧，第二偏振分光镜330设置于第一偏振分光镜230的出光侧，例如以第一偏振分光镜230为参考并参照图1所示：激光器和二分之一波片220位于第一偏振分光镜230的上侧，反射光路位于第一偏振分光镜230的左侧，透射光路位于第一偏振分光镜230的下侧，第二偏振分光镜330位于第一偏振分光镜230的右侧，以此形成激光装置的基本结构。

在实际使用时，请参照图1所示，由激光器呈周期性的出射同源飞秒脉冲激光束110，即非偏振光，飞秒脉冲激光束110先经二分之一波片220进行相位延迟后，以非偏振光的形式入射第一偏振分光镜230，在第一偏振分光镜230的作用下，将入射的飞秒脉冲激光束110分为具有第一偏振态的第一分束111和具有第二偏振态的第二分束112，其中，第一分束111则由第一偏振分光镜230的反射侧出射，第二分束112则由第一偏振分光镜230的透射侧出射。之后，第一分束111入射反射光路改变偏振态后并返回至第一偏振分光镜230，第二分束112入射透射光路改变偏振态以及进行光程差调节后也同样返回至第一偏振分光镜230，如此，返回至第一偏振分光镜230的第一分束111和第二分束112之间则会形成时延τ，即第一分束111和第二分束112返回至第一偏振分光镜230的时间不同，两者之间存在时间差。依次返回第一偏振分光镜230的第一分束111和第二分束112均由第一偏振分光镜230的出光侧出射至第二偏振分光镜330，由于第一分束111和第二分束112偏振态的不同，使得第一分束111经第二偏振分光镜330透射后出射，作为第一光源，第二分束112经第二偏振分光镜330反射后出射，作为第二光源。

基于上述激光装置，第一光源出射的光束和第二光源出射的光束之间会存在时延τ，如此，在将第一光源作为荧光光源120，第二光源作为拉曼光源130时，能够利用时延τ使得荧光光源120先出射光束并结束后，再由拉曼光源130出射光束并结束，此后，两者循环交替出射光束，即使得拉曼光源130和荧光光源120出射光束在时间上分离(参照图3)，在空间上融合，继而有效解决了荧光和拉曼一体化集成中遇到的信号干扰的问题，提高了信号来源的纯净度，为装置实现高灵敏度和高特异性提供了数据基础。同时，基于荧光光源120和拉曼光源130之间采用时延脉冲激发理念，因此，在实现荧光和拉曼信号采集时，能够利用时延τ实现信号的间隔采集，从而避免荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，保证了拉曼测量能实时获得荧光导航的精确指导，避免了拉曼测量的盲目性和可能的位置偏差，同时还保证了荧光导航与拉曼诊断的目标同一性，为一体化导航的高精准性提供有力技术支撑。此外，设置于激光器出光侧的二分之一波片220能够隔绝来源于第一偏振分光镜230因泄露而返回至激光器方向的偏振光，以免影响激光器谐振腔内的状态。

可选的，请参照图1，反射光路可以包括第一光学延迟片240和第一反射镜260。在具有第一偏振态的第一分束111由第一偏振分光镜230的反射侧入射反射光路时，第一偏振态的第一分束111依次经过第一光学延迟片240和第一反射镜260，在第一反射镜260的反射作用下，第一分束111再次经过第一光学延迟片240，此时，第一分束111由第一偏振态转变为第二偏振态，例如P偏振变为S偏振，具有第二偏振态的第一分束111返回至第一偏振分光镜230时，基于第一偏振分光镜230对第一偏振态和第二偏振态的不同作用机理，第二偏振态的第一分束111透过第一偏振分光镜230由第一偏振分光镜230的出光侧出射。应当理解的是，本申请对反射光路中设置的第一光学延迟片240和第一反射镜260的数量不做限制，此外，在反射光路中，还可以设置有用于折叠光路的平面反射镜，从而减小反射光路的体积。

可选的，请参照图1，透射光路包括第二光学延迟片270、光程差调节器和第二反射镜320。在具有第二偏振态的第二分束112由第一偏振分光镜230的透射侧入射透射光路时，第二偏振态的第二分束112依次经过第二光学延迟片270、光程差调节器和第二反射镜320，在第二反射镜320的作用下，第二分束112再次经过光程差调节器和第二光学延迟片270后返回至第一偏振分光镜230。

在此过程中，一方面：第二分束112在经过光程差调节器后，能够使得第二分束112与第一分束111之间存在光程差，进而使得第一分束111和第二分束112之间形成时延，应当理解的是，通过光程差调节器可以使得第二分束112和第一分束111之间形成时延，因此，可以调节光程差调节器的灵活调节第二分束112和第一分束111之间时延的长短，进而使得第二分束112和第一分束111之间的时延能够满足需求；另一方面：第二分束112在两次经过第二光学延迟片270后，第二分束112由第二偏振态转变为第一偏振态，例如S偏振变为P偏振，此后，在具有第一偏振态的第二分束112入射第一偏振分光镜230时，基于第一偏振分光镜230对第一偏振态和第二偏振态的不同作用机理，第一偏振态的第二分束112经第一偏振分光镜230反射后由第一偏振分光镜230的出光侧出射。

在一些实施方式中，第一光学延迟片240和/或第二光学延迟片270可以是四分之一波片。

可选的，光程差调节器包括反射镜组，反射镜组包括至少两片凹面反射镜，通过调整相邻两片凹面反射镜之间的距离，进而实现第二分束112在透射光路中的光程调节，使得第一分束111和第二分束112之间的光程差满足需求。请参照图1，光程差调节器包括四片凹面反射镜(凹面反射镜280、凹面反射镜290、凹面反射镜300和凹面反射镜310)，通过对四片凹面反射镜之间的距离进行调节，实现第二分束112光程的调节，应当理解的是，在调节时，可以仅对多片凹面反射镜中的一片进行调节，也可以是对多片凹面反射镜中的两片、三片等进行调节实现光程的调节。凹面反射镜的设置能够有效提高第二分束112的光强。

此外，在实现第二分束112光程调节时，还可以在对凹面反射镜的间距进行调节的基础上，进一步的对凹面反射镜的主光轴方向进行调节，从而确保第二分束112能够准确在透射光路进行传播，应当理解的是，相邻凹面反射镜之间距离的变化可能使得光路发生变化，因此，可以通过调节凹面反射镜的主光轴方向来对其光路进行修正，进而使得第二分束112顺利传播。例如：将多片凹面反射镜中的一片或多片凹面反射镜通过调节件(图中未示出)设置在透射光路中，如此，在需要对第二分束112和第一分束111之间的时延τ的大小进行调节时，可以通过调节件的运动，使得与调节件对应的凹面反射镜的主光轴方向和相邻凹面反射镜之间的距离进行变化。

可选的，第一偏振分光镜230和/或第二偏振分光镜330可以是偏振分光棱镜，如此，能够进一步的使得激光装置具有消光比高、成像质量好、光束偏转角小等特点。

本申请实施例的另一方面，提供了一种激光信号检测装置，请参照图2所示，包括上述任一种的激光装置，通过激光装置能够出射具有时延τ的荧光光源120光束和拉曼光源130光束，在对荧光光源120和拉曼光源130出射的光束进行实时检测和监控时，可以通过实时相位分析进行，例如在荧光光源120和拉曼光源130的出光方向上分别设置相位分析仪以得到脉冲信号，如此，能够基于获取到的荧光光源120和拉曼光源130各自的第一脉冲信号和第二脉冲信号，不仅能够得到荧光光源120和拉曼光源130各自脉冲信号在时间线上的分布，为前述第一分束111和第二分束112之间的时延τ的调节提供数据基础，而且，还能够为后续实现装置控制时提供数据基础。

应当理解的是，通过相位分析仪对荧光光源120和拉曼光源130进行脉冲信号的检测时，相位分析仪的工作模式可以是间歇检测，也可以是实时检测，但基于荧光光源120和拉曼光源130脉冲维持时间仅为fs数量级，因此，相位分析仪的工作模式优选的可以是实时检测，如此，能够完整且准确的呈现出荧光光源120和拉曼光源130脉冲信号在时间轴上的分布。

可选的，相位分析仪包括分光片和光电探测器，如图2所示，以拉曼光源130为例：在拉曼光源130的出光方向依次设置分光片360和光电探测器370，拉曼光源130光束入射分光片，由分光片将入射的拉曼光源130光束分为同性质的有效出射光束和检测光束，其中，有效出射光束出射实现后续对目标物的照射，而检测光束则入射光电探测器，从而由光电探测器获取到对应的第二脉冲信号。应当理解的是，一方面：荧光光源120与拉曼光源130的相位分析仪的设置方式相同，即如图2所示，在荧光光源120的出光方向上也依次设置分光片340和光电探测器350，具体光路与拉曼光源130一致，此处不再赘述；另一方面：由分光片按照分光比例将拉曼光源130或荧光光源120进行分束后，应当将比例较大的分束作为有效出射光束，比例较小的分束作为检测光束，如此，在保证检测精确的同时，便于目标物的清晰成像；再一方面：本申请中的目标物可以是目标组织，例如人体中需要诊断的组织。

在一些实施方式中，相位分析仪中的光电探测器可以是雪崩光电二极管、光电倍增管、光敏电阻等多种形式，本申请对其不做限制。在一些实施方式中，相位分析仪中的分光片的分光比例可以是90:10、95:5、98:2等多种比例，具体的，可以根据光电探测器的精度进行合理设定，本申请同样对其不做限制。

本申请实施例的再一方面，提供了一种激光信号采集装置，请继续参照图2，包括上述任一种的激光信号检测装置，还包括脉冲同步控制器380、第一相机(图中未示出)和第二相机(图中未示出)，其中，第一相机采集荧光光源120照射目标组织时的图像信息，第二相机采集拉曼光源130照射目标组织时的图像信息，脉冲同步控制器380分别与荧光光源120对应的光电探测器和拉曼光源130对应的光电探测器电连接，并且脉冲同步控制器380还分别与第一相机和第二相机电连接。

以此，在实际工作时，由于第一脉冲信号和第二脉冲信号在时间轴上分离，因此，脉冲同步控制器380能够根据第一脉冲信号和第二脉冲信号，对应控制第一相机和第二相机各自的采集周期，使得第一相机的采集周期与荧光光源120光束照射目标组织的周期匹配、第二相机的采集周期与拉曼光源130光束照射目标组织的周期匹配，实现第一相机和第二相机采集在时间线上的分离，避免荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，保证了拉曼测量能实时获得荧光导航的精确指导，避免了拉曼测量的盲目性和可能的位置偏差，同时还保证了荧光导航与拉曼诊断的目标同一性，为一体化导航的高精准性提供有力技术支撑。

可选的，激光信号采集装置还包括与脉冲同步控制器380电连接的拉曼光谱仪，拉曼光谱仪用于采集拉曼光源130光束的散射信号，拉曼光谱仪的采集周期可以与第二相机的采集周期相同，包括周期的大小以及周期在时间线上的分布均相同。

可选的，如图4所示，激光信号采集装置还包括出射光路，出射光路包括光学镜头390和位于光学镜头390出光侧的第一二向色镜410，其中，荧光光源120和拉曼光源130各自出射的光束由于在时间上分离，因此，可以使得荧光光源120光束和拉曼光源130光束均由同一光学镜头390出射，并且在第一二向色镜410的分束下，实现对目标组织的照射。

在实际工作时，由光学镜头390出射的荧光光源120光束和拉曼光源130光束入射第一二向色镜410，基于荧光光源120光束和拉曼光源130光束的波长范围不同，由第一二向色镜410根据波长对荧光光源120光束和拉曼光源130光束进行分离，即第一二向色镜410将波长大于800nm的荧光光源120光束进行分离，使得荧光光源120光束透过第一二向色镜410后出射至目标组织，而波长小于800nm的拉曼光源130光束则经第一二向色镜410反射后出射至目标组织。在一些实施方式中，第一二向色镜410可以是长波通二向色镜。

可选的，鉴于实际手术时，通常会采用白光作为照明源，因此，如图4所示，激光信号采集装置还可以包括第二二向色镜420和用于采集白光图像信息的第三相机(图中未示出)，其中，第二二向色镜420设置于第一二向色镜410反射侧，第三相机与脉冲同步控制器380电连接。

在实际工作中，如图4所示，由光学镜头390出射的荧光光源120光束、拉曼光源130光束和白光入射第一二向色镜410，同样基于荧光光源120光束、拉曼光源130光束和白光的波长范围不同，由第一二向色镜410根据波长对荧光光源120光束进行分离，即第一二向色镜410将波长大于800nm的荧光光源120光束进行分离，使得荧光光源120光束透过第一二向色镜410后出射至目标组织，而波长小于800nm的白光和拉曼光源130光束则经第一二向色镜410反射后入射第二二向色镜420，第二二向色镜420将波长小于750nm的白光分离，使得白光经第二二向色镜420反射后出射至目标组织，而波长小于800nm且大于750nm的拉曼光源130光束则透过第二二向色镜420后出射至目标组织。在一些实施方式中，第二二向色镜420可以是长波通二向色镜。由此，进一步的提高激光信号采集装置所获得的图像信息的质量。

可选的，如图4所示，出射光路还包括位于第一二向色镜410透射侧的第一带通滤光片440，即荧光光源120光束透过第一二向色镜410后先经第一带通滤光片440滤掉杂光，经过纯化的荧光光源120光束出射至目标组织，如此，能够进一步的提高荧光导航对拉曼测量指导的精确度。

可选的，如图4所示，出射光路还包括位于第二二向色镜420反射侧的第二带通滤光片450，即白光经第二二向色镜420反射后先经第二带通滤光片450滤掉杂光，经过纯化的白光出射至目标组织。在一些实施方式中，第二带通滤光片450可以是短波通滤光片。

可选的，如图4所示，出射光路还包括位于第二二向色镜420透射侧的第三带通滤光片470，即拉曼光源130光束透过第二二向色镜420后先经第三带通滤光片470滤掉杂光，经过纯化的拉曼光源130光束出射至目标组织，如此，能够进一步的提高拉曼测量的准确度。

可选的，如图4所示，出射光路还包括位于第二二向色镜420透射侧的中性滤光片460，例如中性密度滤光片。由于透过第二二向色镜420透射侧出射的光束主要为目标组织表面反射回的激光信号，所以可以通过中性密度滤光片降低激光的强度，从而避免第二相机过曝，便于获得清晰的拉曼图像信息。

可选的，如图4所示，出射光路还包括位于光学镜头390出光侧的平面反射镜400和位于第二二向色镜420透射侧的平面反射镜430，如此，能够实现光路折叠和传播方向的调整。

本申请实施例的又一方面，提供了一种激光信号采集装置的控制方法，如图5所示，基于上述激光信号采集装置的基础上，在装置的实际工作中可以通过以下步骤进行控制：

S010：分别获取第一光源和第二光源入射光电探测器的检测光束的第一脉冲信号和第二脉冲信号。

S020：根据第一脉冲信号确定第一相机的采集周期，根据第二脉冲信号确定第二相机的采集周期。

如图2所示，首先可以在脉冲同步控制器380中预设参数，例如飞秒脉冲激光器210的脉冲周期T。脉冲周期T应当大于或等于荧光分子的激发态寿命加相机芯片的响应时间之和。

接着通过相位分析仪中的光电探测器分别采集荧光光源120的第一脉冲信号和拉曼光源130的第二脉冲信号，然后由脉冲同步控制器380获取第一脉冲信号和第二脉冲信号，根据第一脉冲信号和第二脉冲信号能够分别确定出荧光光源120和拉曼光源130的激发态寿命和在时间线上的分布，然后根据荧光光源120和拉曼光源130的激发态寿命确定第一相机的采集周期T1和第二相机的采集周期T2，使得第一相机的采集周期T1等于或大于荧光光源120的激发态寿命、第二相机的采集周期T2等于或大于拉曼光源130的激发态寿命，也根据荧光光源120和拉曼光源130的脉冲信号在时间线上的分布，从而使得第一相机的采集周期T1与荧光光源120的第一脉冲信号在时间线上的分布重合、第二相机的采集周期T2与拉曼光源130的第二脉冲信号在时间线上的分布重合。

例如：在荧光分子的激发态寿命为1-10ns，而拉曼分子的激发态寿命为ps数量级，但激发光脉冲维持时间仅为fs数量级，确定第一相机的采集周期T1为10ns，第二相机的采集周期T2为1ns，即仅在每次荧光激发光脉冲开启及其结束的10ns时间内控制第一相机采集图像信息，其余时间关闭第一相机；仅在每次拉曼激发光脉冲开启及其结束的1ns时间内控制第二相机和拉曼光谱仪采集信息，其余时间关闭第二相机和拉曼光谱仪。

可选的，如图2所示，考虑到第一相机、第二相机芯片还需要一定的响应时间，因此，根据第一脉冲信号确定第一相机的采集周期包括：根据第一脉冲信号和第一相机的响应时间确定第一相机的采集周期；根据第二脉冲信号确定第二相机的采集周期包括：根据第二脉冲信号和第二相机的响应时间确定第二相机的采集周期，如此，能够使得第一相机和第二相机更加准确的采集到完整的图像信息。

例如：当第一相机、第二相机芯片的响应时间不超过1ns时，可以将时延τ设定为11～13ns；而飞秒脉冲激光束110的周期T应不低于时延τ+第二相机采集周期T2+相机芯片的响应时间即可，可以将T设定为13～15ns。

在一些实施方式中，第一分束111和第二分束112之间的时延τ可以根据荧光分子的激发态寿命确定，即时延τ应当大于或等于荧光分子的激发态寿命且低于飞秒脉冲激光束110的周期T。在一些实施方式中，时延τ的确定还可以考虑相机芯片的响应时间，因此，时延τ应当大于或等于荧光分子的激发态寿命加相机芯片的响应时间之和，并且低于飞秒脉冲激光束110的周期T。

本申请实施例的又一方面，提供了一种图像融合方法，如图6所示，应用于上述任一种的激光信号采集装置，方法包括：

S001：获取第一相机和第二相机采集的图像信息。

S002：根据第二相机采集的图像信息确定第二光源的照射区域。

S003：根据第二相机采集的图像信息提取目标信息。

S004：根据目标信息对第二相机采集的图像信息中的照射区域进行识别色填充以得到填充图像信息。

S005：将填充图像信息与第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像。

首先通过激光信号采集装置中的第一相机和第二相机能够分别采集荧光光源120照射目标组织的图像信息和拉曼光源130的照射目标组织的图像信息，然后由脉冲同步控制器380获取第一相机采集的荧光图像信息和第二相机采集的拉曼图像信息。

接着通过对第二相机采集的图像信息进行百分比阈值分割计算，从而得到拉曼测量光斑的位置及范围，即拉曼光源130光束的照射区域。由于拉曼图像信息与荧光图像信息以10⁸Hz数量级的频率切换采集，从肉眼看是实时的，经过约1s的持续采集，拉曼图像信息叠加获得拉曼光谱，通过经训练的神经网络模型(可采用主成分分析或支持向量机分类器)，可提取出拉曼光谱中的目标信息，目标信息包括肿瘤诊断信息。

进而根据肿瘤诊断信息判断待测部位的良恶性，然后对拉曼图像信息中的拉曼光源130光束的照射区域进行识别色的填充，得到填充图像信息，便于医生快速准确识别。例如：良性为蓝色，恶性为红色，以蓝色和红色对拉曼图像信息中的拉曼光源130光束的照射区域赋予二分化伪彩。

之后，通过S005将填充图像信息和荧光图像信息进行融合得到融合图像最终输出。在融合时可以采用百分比融合系数，具体为：填充图像信息中各颜色分量乘以x％+荧光图像信息乘以(1-x％)，x％可由操作者在软件中调节，以使最终的一体化成像效果最佳化。

可选的，在激光信号采集装置还包括用于采集白光的图像信息的第三相机时，S005将填充图像信息与第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像可以包括：在最终图像融合时，将填充图像信息、荧光图像信息和白光图像信息进行融合得到并输出融合图像。

激光信号采集装置实现了荧光与拉曼信号在时间上分离，又在空间上融合，从根本上解决了两者信号互相干扰的问题，而且由于两者采集窗口的切换频率达到了10⁸Hz数量级，远超人眼分辨极限，两者的测量又可称为实时同步，因此真正可以实现荧光与拉曼的实时融合导航。

提高信号来源纯净度的意义：荧光的大面积激发光源会将拉曼目标部位周围的拉曼散射信号激发并进入拉曼收集通路进而造成干扰，通过时延分离消除这一干扰，则保证神经网络训练的高质量拉曼数据源，确保诊断结果的高特异性；拉曼测量部位的高功率密度点光源会使得荧光成像在拉曼测量的部位出现过曝或边界不清晰的现象，通过时延分离消除这一干扰，则保证了拉曼测量能实时获得荧光导航的精确指导，避免了拉曼测量的盲目性和可能的位置偏差，同时还保证了荧光导航与拉曼诊断的目标同一性，为一体化导航的高精准性提供有力技术支撑。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种激光装置，其特征在于，包括用于出射飞秒脉冲激光束的激光器以及在所述激光器的出光侧依次设置的二分之一波片和第一偏振分光镜，所述第一偏振分光镜将所述飞秒脉冲激光束分为第一分束和第二分束以分别入射反射光路和透射光路，所述反射光路包括第一光学延迟片和第一反射镜，由所述反射光路返回的第一分束透过所述第一偏振分光镜后经第二偏振分光镜出射为第一光源，所述透射光路包括第二光学延迟片、光程差调节器和第二反射镜，由所述透射光路调节光程并返回的第二分束经所述第一偏振分光镜反射后由所述第二偏振分光镜出射为第二光源。

2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述光程差调节器包括反射镜组，所述反射镜组包括至少两片凹面反射镜。

3.根据权利要求2所述的激光装置，其特征在于，所述凹面反射镜通过调节件设置在所述透射光路中，通过所述调节件可调节所述凹面反射镜的主光轴方向以及相邻两片所述凹面反射镜之间的距离。

4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述第一偏振分光镜和/或所述第二偏振分光镜为偏振分光棱镜。

5.一种激光信号检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的激光装置，还包括在第一光源和第二光源的出光方向分别设置的相位分析仪，所述相位分析仪包括分光片和光电探测器，所述分光片由出射的激光束中分出检测光束以入射所述光电探测器。

6.一种激光信号采集装置，其特征在于，包括如权利要求5所述的激光信号检测装置，还包括分别用于采集第一光源的图像信息和第二光源的图像信息的第一相机和第二相机，以及分别与所述第一相机和所述第二相机电连接的脉冲同步控制器，所述脉冲同步控制器还分别与所述第一光源对应的光电探测器和所述第二光源对应的光电探测器电连接。

7.根据权利要求6所述的激光信号采集装置，其特征在于，还包括出射光路，所述出射光路包括用于出射所述第一光源光束和所述第二光源光束的光学镜头，以及设置于所述光学镜头出光侧的第一二向色镜，由所述光学镜头出射的第一光源光束透过所述第一二向色镜后出射至目标物，由所述光学镜头出射的第二光源光束经所述第一二向色镜反射后出射至所述目标物。

8.根据权利要求7所述的激光信号采集装置，其特征在于，所述光学镜头还用于出射白光，所述出射光路还包括设置于所述第一二向色镜反射侧的第二二向色镜，由所述第一二向色镜反射的白光经所述第二二向色镜反射后出射至所述目标物，由所述第一二向色镜出射的第二光源光束透过所述第二二向色镜后出射至所述目标物。

9.根据权利要求8所述的激光信号采集装置，其特征在于，所述出射光路还包括位于所述第一二向色镜透射侧的第一带通滤光片，和/或，还包括位于所述第二二向色镜反射侧的第二带通滤光片，和/或，还包括位于所述第二二向色镜透射侧的第三带通滤光片。

10.根据权利要求8所述的激光信号采集装置，其特征在于，所述出射光路还包括位于所述第二二向色镜透射侧的中性滤光片。

11.一种激光信号采集装置的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求6-10任意一项所述的激光信号采集装置，所述方法包括：

分别获取第一光源和第二光源入射光电探测器的检测光束的第一脉冲信号和第二脉冲信号；

根据所述第一脉冲信号确定第一相机的采集周期；

根据所述第二脉冲信号确定第二相机的采集周期。

12.根据权利要求11所述的激光信号采集装置的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一脉冲信号确定第一相机的采集周期包括：

根据所述第一脉冲信号和所述第一相机的响应时间确定所述第一相机的采集周期；

所述根据所述第二脉冲信号确定第二相机的采集周期包括：

根据所述第二脉冲信号和所述第二相机的响应时间确定所述第二相机的采集周期。

13.一种图像融合方法，其特征在于，应用于如权利要求6-10任意一项所述的激光信号采集装置，所述方法包括：

获取所述第一相机和所述第二相机采集的图像信息；

根据所述第二相机采集的图像信息确定所述第二光源的照射区域；

根据所述第二相机采集的图像信息提取目标信息；

根据所述目标信息对所述第二相机采集的图像信息中的照射区域进行识别色填充以得到填充图像信息；

将所述填充图像信息与所述第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像。

14.根据权利要求13所述的图像融合方法，其特征在于，还包括用于采集白光的图像信息的第三相机，所述第三相机与脉冲同步控制器电连接；所述将所述填充图像信息与所述第一相机采集的图像信息进行融合得到融合图像包括：

将所述填充图像信息、所述第一相机和所述第三相机采集的图像信息进行融合得到融合图像。

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