CN208837913U - 双轴组织分子成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双轴组织分子成像装置，包括光发射单元、第一反射单元、扫描单元、中继单元、内窥单元、第二反射单元和探测单元，其中光发射单元用于发射光束；第一反射单元用于反射光束；扫描单元用于将反射的光束扫描到中继单元；中继单元用于将扫描后的光束聚焦到内窥单元；内窥单元用于将聚焦的光束传导并聚焦到样品上、并接收样品发出的荧光，在中继单元和内窥单元内，荧光沿与光束不同的光路返回；扫描单元还用于将荧光扫描到第二反射单元；第二反射单元用于将荧光反射到探测单元；以及探测单元用于采集荧光。通过两个反射单元，可以使荧光沿与光发射单元发出的光束呈较小角度的方向被采集，从而缩小整个装置的体积。

Description

双轴组织分子成像装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，更具体地涉及一种双轴组织分子成像装置。

背景技术

肿瘤是严重威胁人类健康的重大疾病。近三十年，全球癌症(恶性肿瘤) 发病数以年均3％～5％的速度递增，癌症已成为人类最重要的死因之一。目前临床研究发现，肿瘤早期不伴转移，容易切除，因此，肿瘤的早期发现、早期诊断是提高肿瘤治疗水平、降低治疗成本、提高愈后生活质量的关键。大量研究表明90％以上的肿瘤来源于上皮细胞的病变，且在癌症发生发展过程中会发生分子和细胞水平的变异。相对于其他医学成像技术(如CT、MRI、PET等)，共聚焦扫描能达到微米级分辨率，且具有无损、实时测微小肿瘤性病变等技术优势，能够更好地提高肿瘤的早期诊断率。

实用新型内容

考虑到上述问题而提出了本实用新型。本实用新型提供了一种双轴组织分子成像装置，包括光发射单元、第一反射单元、扫描单元、中继单元、内窥单元、第二反射单元和探测单元，其中所述光发射单元用于发射光束；所述第一反射单元用于反射所述光束；所述扫描单元用于将反射的光束扫描到所述中继单元；所述中继单元用于将扫描后的光束聚焦到所述内窥单元；所述内窥单元用于将聚焦的光束传导并聚焦到样品上、并接收样品发出的荧光，在所述中继单元和所述内窥单元内，所述荧光沿与光束不同的光路返回；所述扫描单元还用于将所述荧光扫描到所述第二反射单元；所述第二反射单元用于将所述荧光反射到所述探测单元；以及所述探测单元用于采集所述荧光。

示例性地，所述光发射单元用于发射线光束，所述扫描单元进行线扫描，所述探测单元为线阵探测单元。

示例性地，所述光发射单元包括：光源，用于发射准直光束；以及扩束线聚焦器，设置在所述光源的出口处，用于将所述准直光束扩束并一维聚焦为线光束。

示例性地，所述第一反射单元的光入射方向与所述第二反射单元的光出射方向相反。

示例性地，所述扫描单元为检流计式振镜或MEMS振镜。

示例性地，所述装置还包括设置于所述探测单元与所述第二反射单元之间的荧光聚焦器，其中所述荧光聚焦器用于将所述第二反射单元反射的荧光聚焦到所述探测单元上。

示例性地，所述荧光聚焦器包括聚焦透镜，用于聚焦所述第二反射单元反射的荧光。

示例性地，所述装置还包括设置于所述荧光聚焦器和所述探测单元之间的狭缝，用于仅允许聚焦平面的荧光通过。

示例性地，所述装置还包括设置于所述荧光聚焦器和所述探测单元之间的滤光器，用于滤除杂散光。

示例性地，所述装置还包括棒状的壳体，所述光发射单元、所述第一反射单元、所述扫描单元、所述第二反射单元、所述中继单元、所述内窥单元的一部分和所述探测单元均设置在所述壳体内。

示例性地，所述中继单元包括分光透镜和汇聚透镜，其中：所述分光透镜用于分离进入所述中继单元的光束和荧光；以及所述汇聚透镜用于聚焦进入所述中继单元的光束和荧光。

示例性地，所述内窥单元包括耦合物镜和成像光纤束，其中：所述耦合物镜设置在所述成像光纤束的一端，用于将所述聚焦的光束耦合进入所述光纤束的近端；以及所述成像光纤束用于传导进入的光束。

示例性地，所述内窥单元还包括微型物镜，所述微型物镜设置在所述成像光纤束的另一端，用于将所述光纤束传导的光束聚焦到所述样品上。

该双轴组织分子成像装置采用光束对样品进行激发，并使用探测单元对样品激发光探测来实现共聚焦，对组织分子进行空间成像。由于第一反射单元和第二反射单元的存在，可以将荧光设计成沿与光发射单元发出的光束呈较小角度的方向被探测单元采集，从而可以缩小整个装置的体积。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同或相似部件或步骤。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的双轴组织分子成像装置的示意性框图；以及

图2示出了根据本实用新型一个具体实施例的双轴组织分子成像装置的光路示意图。

具体实施方式

为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于本实用新型中描述的本实用新型实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。

图1和图2分别示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的双轴组织分子成像装置100的框图和光路图。该双轴组织分子成像装置100包括光发射单元110、第一反射单元120、扫描单元130、中继单元140、内窥单元150、第二反射单元160和探测单元170。该双轴组织分子成像装置100可广泛应用于消化道、呼吸道等各个部位的组织分子成像，实现肿瘤的早期诊断及病变监测。

光发射单元110可以发射例如准直的光束。优选地，光发射单元110可以用于发射线光束。在一个具体实施例中，光发射单元110可以包括光源112和扩束线聚焦器114。光源112用于发射准直光束。光源112可以为发射特定波长的准直激光的激光器。所述特定波长范围可以为20nm-2000nm。该波长范围内的激光可以激发大范围的荧光体。光源112可以为量子阱激光器、固态激光器、气体激光器(例如氩离子激光器)或者激光二极管。扩束线聚焦器114设置在光源112的出口，用于将光源112发出的准直光束扩束并一维聚焦为线光束。扩束线聚焦器114可以包括扩束透镜和柱透镜。扩束透镜可以包括两个L1、 L2，两个扩束透镜L1、L2配合将光源112发出的准直光束进行扩束，以改变准直光束的直径。柱透镜可以包括L3，其将扩束后的光束一维聚焦为线光束并传导至第一反射单元120。

第一反射单元120位于光发射单元110的下游，用于反射光发射单元110 发射的线光束。在图1-2中，实线用于表示光发射单元110发出的线光束，虚线用于表示样品受激发出的荧光。第一反射单元120可以为反射镜。

扫描单元130接收第一反射单元120反射的光束，并将该光束扫描到中继单元140。当光发射单元110发射的光束为线光束时，扫描单元130可以进行线扫描。具体地，线光束可以为例如沿X方向延伸的线光束，扫描单元130将该线光束转向到中继单元140，同时进行Y方向扫描。扫描单元130对线光束进行Y方向的一维摆扫，进而与X方向的线光束配合进行一次Y方向上的扫描就可以形成整幅图像。Y方向与X方向成一定角度，例如成90度的直角。此时，探测单元170可以为线阵探测单元。由此，采用线光束结合线阵探测单元170可以逐行成像，因此相比于现有的逐点成像，成像速度得以大幅提高。此外，扫描单元130能够实现双反，即对线光束和荧光都反射，后文还将介绍扫描单元130对荧光的反射。扫描单元130可以为检流计式振镜或MEMS(微机电系统)振镜或者是基于其他运动设备摆动的反射镜。扫描单元130的频率可以在10-2000KHz的频率范围内。在扫描单元130仅进行一维方向扫描的情况下，扫描单元130可以仅包括一个检流计式振镜或MEMS振镜。单个振镜的使用可以大幅降低噪音，并且精简装置的组成和控制的复杂度，提高了整机稳定性，同时降低了制造成本和维护成本。此外，扫描单元130也可以为空间光调制器。空间光调制器相比于扫描振镜来说，成本相对较高。

中继单元140用于将扫描后的光束聚焦到内窥单元150。内窥单元150用于将中继单元140聚焦的线光束传导并聚焦到样品上，并且接收样品发出的荧光。该荧光经中继单元140、扫描单元130和第二反射单元160后由探测单元 170采集。在中继单元140和内窥单元150内，荧光沿与光束不同的光路返回。

中继单元140通常为透镜组。在一个具体实施例中，中继单元140可以包括分光透镜142和汇聚透镜144。分光透镜142用于分离进入中继单元140的光束和荧光，以使荧光沿与光束不同的光路进入内窥单元150、并沿不同的光路返回到扫描单元130，以被探测单元170所接收。汇聚透镜144用于聚焦这部分的光束和荧光。汇聚透镜144可以为包括多个透镜的透镜组。汇聚透镜144 有多种实施方式，只要能够实现其功能即可。首先，汇聚透镜144将光束汇聚到样品170的检测面处。检测面可以位于样品表面以下的所需深度处。样品170 的该检测面处的荧光团受激发出荧光。荧光信号经过中继单元140收集，并沿与光束不同的路径返回到扫描单元130。中继单元140可以具有各种实现方式，只要能够实现其功能即可。如上所述的，扫描单元130具有对光束和荧光的双反功能。荧光经扫描单元130扫描到第二反射单元160。第二反射单元160可以为反射镜。第二反射单元160将荧光反射到探测单元170。探测单元170包括采集荧光，并形成组织的空间图像。

内窥单元150用于将中继单元140聚焦的线光束传导并聚焦到样品上，并且接收样品发出的荧光。该荧光经中继单元140、扫描单元130和第二反射单元160后由探测单元170采集。内窥单元150可以包括耦合物镜152、微型物镜156、以及耦合在耦合物镜152和微型物镜156之间的成像光纤束154。中继单元140可以包括一个分光透镜和多个汇聚透镜，它们相互配合将扫描后的线光束中继到内窥单元150中的耦合物镜152的后瞳。耦合物镜152用于将线光束耦合(例如聚焦)进入成像光纤束154的近端(靠近操作人员的一端)。成像光纤束154用于将线光束传导至成像光纤束154的远端(远离操作人员的一端)。微型物镜156用于将成像光纤束154传导的激光聚焦到样品的检测面上。样品的该检测面处的荧光团受激发出荧光。荧光信号经过微型物镜156收集，经成像光纤束154、耦合物镜152和中继单元140传导，扫描单元130扫描，第二反射单元160反射进入探测单元170。成像光纤束154所包括的光线束的数量可以大于十根。微型物镜156不是必须的。在对清晰度要求不高的情况下，可选地，可以省略微型物镜156。微型物镜156可以设计成可伸入到消化道、呼吸道等内，与消化道、呼吸道等的表面相接触。

该双轴组织分子成像装置100还包括荧光聚焦器180，其设置在探测单元 170和第二反射单元160之间。荧光聚焦器180可以将采集的荧光聚焦到探测单元170的光敏面上。在一个具体实施例中，荧光聚焦器180可以包括聚焦透镜，如图2所示。聚焦透镜用于将样品发出的荧光聚焦。探测单元170用于采集聚焦后的荧光信号。聚焦后的荧光在探测单元170的光敏面上感光。探测单元170的成像速度在几十帧到几千万帧的范围内。通过扫描单元130的扫描，样品的所有行发出的荧光都被探测单元170接收，并按照扫描的轨迹排列成二维图像，进而可快速实现可观测的组织分子图像。当光发射单元110为线光束的反射单元时，探测单元170可以为线阵探测器，包括各种类型的线阵相机，例如CCD(电荷耦合元件)线阵相机或CMOS(互补金属氧化物半导体)线阵相机等。

可选地，该双轴组织分子成像装置100还包括设置在荧光聚焦器180和探测单元170之间的狭缝190，狭缝190用于仅允许聚焦平面的荧光通过。狭缝 190的尺寸可以在几十纳米到几十毫米的范围内。狭缝190的存在使得聚焦平面外的杂散光被阻挡掉，只有聚焦平面上被光束照亮样品发出的荧光被接收。可选地，该双轴组织分子成像装置100还包括滤光器。滤光器(未示出)设置在荧光聚焦器180和探测单元170之间，用于滤除杂散光。在有狭缝190的实施例中，滤光器可以设置在荧光聚焦器180和狭缝190之间。

概括地说，光发射单元110发出的光束，经第一反射单元120反射、扫描单元130扫描、中继单元140中继、内窥单元150传输和聚焦，在样品内激发荧光，荧光沿与光束不同的光路由内窥单元150传输、中继单元140中继、扫描单元130扫描、并经第二反射单元160改变光路后传递至探测单元170形成空间图像。由于第一反射单元120和第二反射单元160的存在，可以将荧光设计成沿与光发射单元110发出的光束呈较小角度的方向被探测单元采集，从而可以缩小整个装置的体积。

示例性地，探测单元采集到的数据可以发送至计算机，由计算机接收并处理。此外，该计算机还可以对扫描单元(例如振镜的频率等)、探测单元的曝光和增益、以及光发射单元的发射功率等进行控制。

优选地，第一反射单元120的光入射方向与第二反射单元160的光出射方向相反，以此，可以缩小该双轴组织分子成像装置100的体积。该双轴组织分子成像装置100可以制作成手持的细长棒状，小巧方便。

于是，该双轴组织分子成像装置100还包括棒状的壳体。上述的各个部件，包括光发射单元110、第一反射单元120、扫描单元130、中继单元140、内窥单元150的一部分(例如耦合物镜152)、第二反射单元160和探测单元170均设置在壳体内。操作人员可以手持该棒状的双轴组织分子成像装置100，使用起来非常方便。

对于该双轴组织分子成像装置100采用线光源对样品进行激发的情况来说，可以采用一维扫描单元130(例如单个振镜)对线光束进行扫描，并使用探测单元170对样品激发光探测，在一维方向实现共聚焦。由于采用线光束与探测单元170相结合来获得组织分子的空间图像，可以大大提高组织分子的成像速度，可实现实时成像。由于扫描单元130仅进行一维扫描，因此可以有效提高系统的稳定性。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种双轴组织分子成像装置，包括光发射单元、第一反射单元、扫描单元、中继单元、内窥单元、第二反射单元和探测单元，其中

所述光发射单元用于发射光束；

所述第一反射单元用于反射所述光束；

所述扫描单元用于将反射的光束扫描到所述中继单元；

所述中继单元用于将扫描后的光束聚焦到所述内窥单元；

所述内窥单元用于将聚焦的光束传导并聚焦到样品上、并接收样品发出的荧光，在所述中继单元和所述内窥单元内，所述荧光沿与光束不同的光路返回；

所述扫描单元还用于将所述荧光扫描到所述第二反射单元；

所述第二反射单元用于将所述荧光反射到所述探测单元；以及

所述探测单元用于采集所述荧光。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光发射单元用于发射线光束，所述扫描单元进行线扫描，所述探测单元为线阵探测单元。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述光发射单元包括：

光源，用于发射准直光束；以及

扩束线聚焦器，设置在所述光源的出口处，用于将所述准直光束扩束并一维聚焦为线光束。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一反射单元的光入射方向与所述第二反射单元的光出射方向相反。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述扫描单元为检流计式振镜或MEMS振镜。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括设置于所述探测单元与所述第二反射单元之间的荧光聚焦器，其中

所述荧光聚焦器用于将所述第二反射单元反射的荧光聚焦到所述探测单元上。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述荧光聚焦器包括聚焦透镜，用于聚焦所述第二反射单元反射的荧光。

8.如权利要求6所述的装置，其中，所述装置还包括设置于所述荧光聚焦器和所述探测单元之间的狭缝，用于仅允许聚焦平面的荧光通过。

9.如权利要求6所述的装置，其中，所述装置还包括设置于所述荧光聚焦器和所述探测单元之间的滤光器，用于滤除杂散光。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括棒状的壳体，所述光发射单元、所述第一反射单元、所述扫描单元、所述第二反射单元、所述中继单元、所述内窥单元的一部分和所述探测单元均设置在所述壳体内。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述中继单元包括分光透镜和汇聚透镜，其中：

所述分光透镜用于分离进入所述中继单元的光束和荧光；以及

所述汇聚透镜用于聚焦进入所述中继单元的光束和荧光。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述内窥单元包括耦合物镜和成像光纤束，其中：

所述耦合物镜设置在所述成像光纤束的一端，用于将所述聚焦的光束耦合进入所述光纤束的近端；以及

所述成像光纤束用于传导进入的光束。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述内窥单元还包括微型物镜，所述微型物镜设置在所述成像光纤束的另一端，用于将所述光纤束传导的光束聚焦到所述样品上。