CN218823951U

CN218823951U - 用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统

Info

Publication number: CN218823951U
Application number: CN202222637881.0U
Authority: CN
Inventors: 叶世蔚; 李慧; 郑炜
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2022-10-09
Filing date: 2022-10-09
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2032-10-09

Abstract

本实用新型涉及快速病理检测的技术领域，公开了用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，包括紫外光源和紫外光学系统；紫外光源偏离紫外光学系统的接收光路布置，紫外光源发出的紫外光斜入射至组织样品，被组织样品反射后的紫外反射光依次经物镜、筒镜后，被图像传感器所接收，以获得组织样品的紫外暗场反射图像。通过紫外光斜入射至组织样品，形成紫外光的暗场照明，在消除镜面反射光和散乱光干扰的情况下，利用细胞核吸收紫外光产生的暗信号和生物组织浅表层漫反射产生的亮信号来提供图像对比度。从而对组织样品检测过程中，无需进行荧光染色，样品也无需特殊切片处理，能快速、准确、高信背比地提供病理组织成像结果。

Description

用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统

技术领域

本实用新型涉及快速病理检测的技术领域，具体而言，涉及用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统。

背景技术

组织病理检测是生物医学诊断的一项重要手段，常规的组织病理检测过程包括：先取一块术中切除的组织，然后将其包埋在石蜡块里，切成薄片，再用苏木精－伊红(Hematoxylin-eosin，HE)染色，最后用显微镜观察并得出相应的病理诊断结果。但是常规的石蜡切片病理检测时间较长，通常需要3-4天，无法对需要快速诊断结果的术中切缘评估提供帮助。

目前，临床手术中往往采用冰冻切片的方式来代替石蜡包埋切片，该过程包括取样、包埋、冷冻、切片、染色和观察诊断，所需时间一般在30分钟或更久。然而，冰冻过程往往会导致组织样品出现破碎的小孔，影响病理医生的判断和诊治，大大限制了冰冻切片技术在术中切缘评估的使用。

在现有技术中，针对组织样品的病理检测过程中，往往难以直接获取到携带组织样品信息的紫外光图像，而需要通过外源荧光团对生物组织进行标记等方式来获得组织样品的荧光图像。

在专利文献CN201580061933.4中，公开了使用荧光剂进行染色之后在紫外激发的情况下使用荧光显微镜控制组织中的成像深度的系统和方法，该方法用多种外源荧光团对生物组织进行标记，然后用紫外光照明生物组织，进而探测可表征组织信息的多种荧光信号。该方法虽然也能对无需薄切片处理的厚的组织进行成像，但是荧光标记过程不仅费时，而且可能污染生物组织，影响后续对组织样品的分子分析。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，旨在解决现有技术中，难以直接获取组织样品的紫外光图像的问题。

本实用新型是这样实现的，用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，包括紫外光源和紫外光学系统，所述紫外光学系统包括载物台、盖玻片、物镜、筒镜和图像传感器，所述载物台用于承载待检测的组织样品，所述盖玻片盖设在组织样品上；所述紫外光源偏离所述紫外光学系统的接收光路布置，所述紫外光源发出的紫外光斜入射至所述盖玻片，被组织样品反射后的紫外反射光依次经物镜、筒镜后，被所述图像传感器所接收，以获得组织样品的紫外暗场反射图像。

可选的，所述物镜和所述筒镜对紫外光具有高透过率。

可选的，组织样品的所述紫外暗场反射图像包括组织样品的浅表层漫反射光的亮信号和细胞核吸收紫外入射光的暗信号。

可选的，所述紫外光源采用具有选自光波长的中心位于如下波长处或位于如下波长附近的波段：290nm；280nm；270nm；260nm；250nm；245nm；240nm；235nm；230nm；225nm；220nm；210nm；200nm；其中，所述紫外光源包括如下中至少之一：LED；激光器；可调激光器；或者连续源，所述连续源包括但不限于连续激光光源、电弧灯、激光点火电弧灯、氪-溴准分子灯至少之一。

可选的，紫外光斜入射至组织样品的角度为：斜入射的紫外光与所述盖玻片的夹角在30°～70°之间。

可选的，所述紫外光学系统还包括滤光轮，所述滤光轮设于所述筒镜与所述物镜之间或者设于所述筒镜与所述图像传感器之间，所述滤光轮包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片选定紫外光通过，所述第二滤光片选定荧光通过；当所述滤光轮切换至第一滤光片或第二滤光片时，分别获得组织样品的紫外暗场反射图像或自体荧光图像。

可选的，还包括图像处理系统和显示系统，所述图像处理系统用于将所述图像传感器所获得的图像进行处理，所述显示系统用于显示经处理后的图像以用于分析。

可选的，所述盖玻片对紫外光具有高透过率；还包括折射率匹配液，所述折射率匹配液填充在在组织样品和所述盖玻片之间，所述折射率匹配液为与组织样品的折射率接近且对紫外光具有高透过率的液体。

可选的，在所述载玻片上垂直设置有至少两片护板，组织样品位于两片所述护板之间，所述盖玻片抵接在所述护板的顶部。

可选的，多片等高的所述护板首尾相连与所述载玻片形成容腔，用于放置组织样品，所述盖玻片盖设在所述容腔的顶部。

与现有技术相比，本实用新型提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，通过紫外光源发出的紫外光斜入射至组织样品，形成紫外光的暗场照明(斜入射)，在消除镜面反射光和散乱光干扰的情况下，利用细胞核吸收紫外光产生的暗信号和生物组织浅表层漫反射产生的亮信号来提供图像对比度。从而对组织样品检测过程中，无需进行荧光染色，样品也无需特殊切片处理(例如冷冻切片)，能快速、准确、高信背比地提供病理组织成像结果，为术中切缘评估提供了快速、准确的参考依据。

附图说明

图1是本实用新型提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统的示意图；

图2是本实用新型提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统中紫外反射光的示意图；

图3是本实用新型提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统获取的紫外暗场反射图像、自体荧光图像和dapi染色后荧光图的比较；

图4是本实用新型提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统的紫外暗场反射图像、自体荧光图像和dapi染色后荧光图的信背比成像比较图。

附图标记说明：

100-组织样品；200-紫外光，210-紫外光源，220-滤光片，300-紫外光学系统，310-载物台，311-载玻片，312-护板，313-盖玻片，314-折射率匹配液，320-物镜，330-图像传感器，340-滤光轮，350-筒镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在现有技术中，对于组织样品100的快速、准确评估很困难，若只是将紫外光200直射至组织样品100，由于镜面反射光和散乱光干扰非常强，无法获得组织样品100的细胞核吸收紫外入射光的暗信号。

参照图1-4所示，为本实用新型提供的较佳实施例。

用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，包括紫外光源210和紫外光学系统300，紫外光学系统300包括载物台310、盖玻片313、物镜320、筒镜350和图像传感器330，载物台310用于承载待检测的组织样品100，盖玻片313盖设在组织样品100上；盖玻片313是为了尽可能压平样品，使得能在较大视野范围内都获得清晰图像，减小组织样品的轮廓高低带来的离焦影响。

紫外光源210偏离紫外光学系统300的接收光路布置，紫外光源210发出的紫外光200斜入射至盖玻片313，被组织样品100反射后的紫外反射光依次经物镜320、筒镜350后，被图像传感器330所接收，以获得组织样品100的紫外暗场反射图像。其中被盖玻片313反射的镜面反射光不被紫外光学系统接收。

本实施例提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，通过紫外光源210发出的紫外光200斜入射至盖玻片313，形成紫外光200的暗场照明(斜入射)，在消除镜面反射光和散乱光干扰的情况下，利用细胞核吸收紫外光200产生的暗信号和生物组织浅表层漫反射产生的亮信号来提供图像对比度。从而对组织样品100检测过程中，无需进行荧光染色，样品也无需特殊切片处理(例如冷冻切片)，能快速、准确、高信背比地提供病理组织成像结果，为术中切缘评估提供了快速、准确的参考依据。

其中，物镜320和筒镜350对紫外光具有高透过率，避免紫外光在传输过程中的过度损耗。图像传感器330可接收紫外光信号。

组织样品100的紫外暗场反射图像包括组织样品100的浅表层漫反射光的亮信号和细胞核吸收紫外入射光的暗信号。

紫外光源210发出的紫外光200的中心波长可以是260nm，该波长是细胞核的吸收峰，对获取高质量的组织样品的紫外暗场反射图像有利。

紫外光200斜入射至组织样品100的角度为：斜入射的紫外光200与组织样品100平面夹角在30°～70°之间。

在一具体实施例中，260nm的紫外LED光源经过中心波长为260nm的滤光片220和一至两片短焦光学透镜后，斜入射到样品面上。斜入射角度为与样品平面夹角在30°～70°之间，样品面上的照明区域为5-10mm²，单个光源照明的强度约为20mW。

具体的，组织样品100放置在载玻片311上，载玻片311放置在载物台310上，组织样品100的上方设有盖玻片313，盖玻片313对紫外光具有高透过率；在组织样品100和盖玻片313之间填充有折射率匹配液314，折射率匹配液314为与组织样品100的折射率接近且对紫外光具有高透过率的液体。例如，折射率匹配液314包括但不限于现使用的PBS(磷酸缓冲盐溶液，phosphate-buffered saline，PBS)溶液或者甘油，可以将这些溶液替换为与待测生物组织折射率接近的且可透紫外光的液体。

如图2所示，图2(a)表示现有技术的明场照明条件下，来自组织样品100的紫外反射光成分；图2(b)表示本实用新型的暗场反射紫外光学显微成像系统中参与成像的紫外反射光成分。

在图2(a)中，在传统的明场照明条件下，即紫外入射光垂直入射至组织样品100上方的盖玻片313，被盖玻片313及组织样品100反射，主要包括镜面反射光①、组织样品100浅表层的漫反射光②、组织样品100界面折射率不均一而导致的散乱光③。其被紫外光学系统300接收的光信号：

I_detect＝①+②+③-④，

其中④表示细胞核对紫外入射光吸收的暗信号，表征了组织样品100中细胞核的分布情况，也是病理检测当中的关键信息。

而在传统的明场照明下，由于镜面反射光①和散乱光③太强，会淹没细胞核对紫外入射光吸收的暗信号④，所以无法在一般的明场和暗场反射光显微镜中观察到生物组织的细胞结构。

如图2(b)所示，在暗场照明的条件下，即紫外入射光斜入射至组织样品100上方的盖玻片313。在本实施例中，在暗场照明的基础上，可尽量消除镜面反射的影响，因为紫外光200是斜入射，其镜面反射光①也是斜出射，从而其镜面反射光①不被紫外光学系统300所接收。

在本实施例中，利用盖玻片313尽可能压平组织样品100，并在盖玻片313和组织样品100之间填充一层折射率匹配液314，来消除散乱光③的影响，主要基于细胞核的紫外光吸收的暗信号④和组织样品100浅表层的漫反射光②来获得图像对比度。此时被紫外光学系统300接收的光信号：I_detect＝②-④，消除了镜面反射光和散乱光太强淹没暗信号的影响。

紫外光源210采用具有选自光波长的中心位于如下波长处或位于如下波长附近的波段：290nm；280nm；270nm；260nm；250nm；245nm；240nm；235nm；230nm；225nm；220nm；210nm；200nm；

其中，紫外光源210包括如下中至少之一：LED；激光器；可调激光器；或者连续源，连续源包括连续激光光源、电弧灯、激光点火电弧灯、氪-溴准分子灯或在期望光谱范围内具有足够亮度的其他源中至少之一。

目前所用到的260nm紫外LED光源可拓展为200-400nm波段的LED光源或者激光，而收集的反射光波段也不仅限于260nm，也可相应地拓展为200-400nm波段。

用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统也可采集组织样品100的自体荧光图像。

紫外光激发组织样品100的自体荧光反应，利用紫外光学系统300收集来自组织样品100的自体荧光信号，获得组织样品100的自体荧光图像。自体荧光是生物结构(例如线粒体和溶酶体)在它们吸收光时自然发射的光，并且被用于区分源自人工添加的荧光标记(荧光团)的光。自体荧光图像也无需荧光染色，但自体荧光通常较弱，无法提供足够的明暗信号对比度，可作为辅助检测手段。

紫外光学系统300还包括滤光轮340，滤光轮340设于筒镜350与物镜320之间，或者设于筒镜350与图像传感器330之间，滤光轮340包括第一滤光片和第二滤光片，使得紫外光尽可能通过第一滤光片，使得组织样品产生的自体荧光尽可能通过第二滤光片；当滤光轮340切换至第一滤光片或第二滤光片时，分别获得组织样品100的紫外暗场反射图像或自体荧光图像。

例如，来自组织样品100浅表层的反射光和自体荧光信号经过紫外光学系统300的物镜320收集后，通过一个装有中心波长分别为260nm(第一滤光片)和357nm(第二滤光片)滤光片的电动轮盘(滤光轮340)。该滤光轮340将在实际图像采集中对信号进行区分，其中260nm通道对应的是紫外暗场反射图，357nm通道对应的是自体荧光图。

具体的，在载玻片311上垂直设置有至少两片护板312，组织样品位于两片护板312之间，盖玻片313抵接在护板312的顶部。

优选的，在载波片上平行布置有等高的两片护板312，组织样品100置于两片护板312之间，盖玻片313的两侧抵接在两片护板312的顶部，例如，可额外切割两块小的载玻片作为护板，将其固定(可采用粘接的方式)在原有的载玻片311上且位于组织样品100两侧(形成一个凹槽结构，组织样品100置于其中)，然后将盖玻片313的两侧贴在两块小的载玻片上以获得较为平整的观察面。

多片等高的护板312首尾相连与载玻片311形成容腔，用于放置组织样品100，盖玻片313盖设在容腔的顶部。

例如，可在载玻片311上布置四片护板312，四片护板312固定在载波片上，四片护板312呈方形布置，四片护板312和载玻片311一起形成开口的方形容腔。将组织样品100置于方形容腔内，然后再将盖玻片313盖在方形容腔的开口处，可获得较平整的观察面，并且便于填充折射率匹配液314，而不易流失。

在以上实施例中，紫外光源210产生紫外光200，紫外光200经滤光片220和短焦透镜后斜入射至盖玻片313，紫外光200透射过盖玻片313，经过折射率匹配液314后，照射在组织样品100表面，有部分光被盖玻片313反射，该反射光斜出射，不被紫外光学系统300接收；有部分光被组织样品100漫反射，被紫外光学系统300接收；还有细胞核对紫外入射光吸收的暗信号可被紫外光学系统300检测到。

用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统还包括图像处理系统和显示系统，图像处理系统用于将图像传感器330所获得的图像进行处理，显示系统用于显示经处理后的图像以用于分析。

在实际的对比实验中，利用小鼠大脑组织样品100进行了成像验证，先分别测得紫外暗场反射图像(图3-a)和自体荧光图像(图3-b)；然后对该样品的细胞核进行dapi染色(4',6-diamidino-2-phenylindole)，现有技术中常见的荧光染色方式，并在紫外光学系统300的滤光轮340中加入中心波长为447nm的滤光片，然后在该滤光片下再次采集样品图像(图3-c)。参见图4，通过实验结果比较可以发现，在无需染色情况下，应用本实施例所提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统得到紫外暗场反射图像的细胞核信号对比度已经接近特异性和灵敏度都极高的荧光染色水平，远远高于自体荧光图像中的信背比，可作为术中切缘评估的参考依据。并且由于本实施例所提供的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统的检测过程非常快(整个过程仅需2-3分钟)，且无需染色、无需冰冻、不对组织样品造成损害，非常适合术中切缘评估。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，包括紫外光源和紫外光学系统，所述紫外光学系统包括载物台、盖玻片、物镜、筒镜和图像传感器，所述载物台用于承载待检测的组织样品，所述盖玻片盖设在组织样品上；

所述紫外光源偏离所述紫外光学系统的接收光路布置，所述紫外光源发出的紫外光斜入射至所述盖玻片，被组织样品反射后的紫外反射光依次经物镜、筒镜后，被所述图像传感器所接收，以获得组织样品的紫外暗场反射图像。

2.如权利要求1 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，所述物镜和所述筒镜对紫外光具有高透过率。

3.如权利要求2 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，组织样品的所述紫外暗场反射图像包括组织样品的浅表层漫反射光的亮信号和细胞核吸收紫外入射光的暗信号。

4.如权利要求3 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，所述紫外光源采用具有选自光波长的中心位于如下波长处或位于如下波长附近的波段：290nm；280nm；270nm；260nm；250nm；245nm；240nm；235nm；230nm；225nm；220nm；210nm；200nm；

其中，所述紫外光源包括如下中至少之一：LED；激光器；可调激光器；或者连续源，所述连续源包括但不限于连续激光光源、电弧灯、激光点火电弧灯、氪-溴准分子灯至少之一。

5.如权利要求4 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，紫外光斜入射至组织样品的角度为：斜入射的紫外光与所述盖玻片的夹角在30°~70°之间。

6.如权利要求5 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，所述紫外光学系统还包括滤光轮，所述滤光轮设于所述筒镜与所述物镜之间或者设于所述筒镜与所述图像传感器之间，所述滤光轮包括第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片选定紫外光通过，所述第二滤光片选定荧光通过；当所述滤光轮切换至第一滤光片或第二滤光片时，分别获得组织样品的紫外暗场反射图像或自体荧光图像。

7.如权利要求1-6 任一项所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，还包括图像处理系统和显示系统，所述图像处理系统用于将所述图像传感器所获得的图像进行处理，所述显示系统用于显示经处理后的图像以用于分析。

8.如权利要求1-6 任一项所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，所述盖玻片对紫外光具有高透过率；还包括折射率匹配液，所述折射率匹配液填充在组织样品和所述盖玻片之间，所述折射率匹配液为与组织样品的折射率接近且对紫外光具有高透过率的液体。

9.如权利要求8 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，组织样品放置在载玻片上，所述载玻片放置在所述载物台上，在所述载玻片上垂直设置有至少两片护板，组织样品位于两片所述护板之间，所述盖玻片抵接在所述护板的顶部。

10.如权利要求9 所述的用于快速病理检测的暗场反射紫外光学显微成像系统，其特征在于，多片等高的所述护板首尾相连与所述载玻片形成容腔，用于放置组织样品，所述盖玻片盖设在所述容腔的顶部。