TWI691700B - 採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置 - Google Patents
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Abstract
一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其具有：一第一白光光源單元，用以產生一第一白光光束，該第一白光光束頻帶包含一寬頻頻帶及一窄頻頻帶；一混光單元，具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，所述第一側邊係面對該第一白光光源單元，且能夠使由所述第一側邊入射之所述第一白光光束分成由所述第二側邊穿出之一第一分光束及由所述第三側邊穿出之一第二分光束；一參考端單元，用以使該第二分光束經一可調光程返回該混光單元；一第一物鏡，具有一平行光側及一聚光側，該平行光側係面對該混光單元之所述第二側邊；一活體或一樣本乘載單元，面對該第一物鏡之聚光側且該樣本乘載單元係用以承載一染有螢光劑之樣本；一投影透鏡，具有一入光側及一出光側，該入光側係面對該混光單元之所述第四側邊；以及一感測單元，係面對該投影透鏡之所述出光側。
Description
本發明係關於一種光學切層裝置，特別是一種採用光學干涉顯微術、正交極化光譜吸收顯微術及螢光顯微術之光學切層裝置。
進行腫瘤切除手術時，常須等待病理科醫師用冷凍切片(frozen section)來快速檢驗以確定腫瘤是否切除乾淨，不僅耗費時間，也可能因時間緊迫而無法完全確認到所有方位之腫瘤組織均已切除。
傳統的H&E染色切片(H&E section)可用於石蠟切片與冷凍切片，目前仍是病理部門判別病理影像之黃金標準，係使用蘇木精(hematoxylin)與伊紅(eosin)兩種染劑分別對細胞核(nucleus)及細胞質(cytoplasm)著上藍紫色與粉紅色。而其中的冷凍切片，對於多水分的樣本，其冷凍後所產生的冰晶(crystal ice)會破壞組織結構；對於多脂肪(fat)的樣本，在一般組織冷凍固化溫度(~-20℃)時，其脂肪組織因尚未冷凍固化，容易從切片脫落，造成切片組織不完整。
光學同調斷層掃描術（optical coherence tomography，OCT），是近年新興的一種光學成像技術，主要係利用各組織對光的反射、吸收及散射能力的不同及透過光學干涉原理對樣本進行成像與分辨，進一步獲取離體或活體組織之影像結構資訊。其中，全域式光學同調顯微術(full-field optical coherence microscopy，FF-OCM)，是解析能力最高之干涉式顯微術，雖能非侵入式地觀察細胞等級之干涉影像，但由於缺乏螢光激發光或光譜吸收等功能性之影像，使其應用於病理上與活體時，無法獲取細胞核以及色素沉澱等關鍵性之影像。
習知技術如美國US6104939 B2「Method and apparatus for reflected imaging analysis」專利，揭露一種用於觀察紅血球可見光光譜吸收之影像裝置，其特徵在於：利用正交極化光譜吸收成像系統裝置，濾除掉反射之背景光，再透過血紅素與黑色素之散射吸收光譜，製造其與白光光譜散射背景之反差後，成像出血紅素與黑色素之光譜吸收斑塊，進一步定位出紅血球與黑色素細胞之位置與吸收狀況。其中，血紅素光譜吸收程度與紅血球血氧濃度相關；黑色素吸收程度則與皮膚白皙程度相關。
習知技術如美國US9185357 B2「Optical tissue sectioning using full field optical coherence tomography 」專利，揭露一種用於觀察組織切片的全場式OCT裝置，其特徵在於：包含一全場成像干涉儀及一光學分割成像系統。透過光學干涉儀之同調長度(coherent length)來改善景深的問題，能直接取得組織裡的結構影像，其影像的橫向與縱向之解析度都能達到1 mm之內，藉以省去組織固定(fixation)程序。如：冷凍(frozen)或石蠟(paraffin)包覆，以及實體切片(physical section)的程序。
然而，在該二專利架構：
一、對於US9185357 B2，短波光束(如:紫外光)在經過分光器之分光膜後功率僅剩原有強度之10~40%及分光器之抗反射鍍膜在波長小於400 nm之紫外光波段穿透率低，造成細胞核影像微弱；
二、US9185357 B2與US6104939 B2皆無法同時對單一樣本之色素細胞及細胞結構進行成像區別。
在此二因素加成下導致樣本之影像品質不佳，且影像之特徵資訊不足，故本領域亟需一新穎的光學切層裝置。
本發明之一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，不僅能用於新鮮組織之造影，亦能運用於活體皮膚或手術中之組織病理檢測，以快速提供醫師組織資訊。
本發明之另一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中混色單元具有二色分光鏡，置於第一分光器與第一物鏡之間，用以使短波光束在照射到樣本的光程中，不會被第一分光器衰減到而可增強螢光信號強度，縮短曝光時間，加快取像速度。
本發明之又一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中來自樣本之光束(包含反射短波光束與受短波照射激發之螢光光束)在穿過二色分光器時，短波光束會被過濾，只讓螢光光束穿過，以得到對比度較好的螢光信號，縮短曝光時間，加快取像速度。
本發明之又一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中感測單元具有長波通濾光器以進一步過濾該短波光束，以得到對比度較好的螢光信號，俾以縮短曝光時間，從而加快取像速度。
本發明之又一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其光學切層方法：(1)結合光學干涉顯微術與正交極化光譜吸收顯微術，同步取得細胞結構與色素區塊影像；(2)結合光學干涉顯微術與螢光顯微術，先後取得細胞結構與細胞核影像；(3)結合光學干涉顯微術與正交極化光譜吸收顯微術後，再結合螢光顯微術，在同步取得細胞結構與色素區塊影像後，再取得細胞核影像。
本發明之再一目的在於揭露一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，利用第二白光光源所產生之第二白光光束照射H&E冷凍或石蠟切片樣本而取得其穿透影像，進而與上述目的取得之影像比對。
為達前述目的，一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置乃被提出，其具有：一第一白光光源單元，用以產生一第一白光光束，該第一白光光束之頻帶包含一寬頻頻帶及一窄頻頻帶；一混光單元，具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，所述第一側邊係面對該第一白光光源單元，且能夠使由所述第一側邊入射之所述第一白光光束分成由所述第二側邊穿出之一第一分光束及由所述第三側邊穿出之一第二分光束；一參考端單元，用以使該第二分光束經一可調光程返回該混光單元；一第一物鏡，具有一平行光側及一聚光側，該平行光側係面對該混光單元之所述第二側邊；一活體或一樣本乘載單元，面對該第一物鏡之聚光側且該樣本乘載單元係用以承載一染有螢光劑之樣本；一投影透鏡，具有一入光側及一出光側，該入光側係面對該混光單元之所述第四側邊；以及一感測單元，係面對該投影透鏡之所述出光側。
在一實施例中，該混光單元包括一第一極化器及一第一分光器，該第一分光器具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，該第一分光器之所述第一側邊係面對該第一極化器，該第一極化器亦面對該混光單元之所述第一側邊，該第一分光器之所述第二側邊係面對該混光單元之所述第二側邊，該第一分光器之所述第三側邊係面對該混光單元之所述第三側邊，該第一分光器之所述第四側邊係面對該混光單元之所述第四側邊；或該混光單元包括一第一極化器、一第一分光器、一短波光源單元及一二色分光鏡，該第一分光器具有一第一側邊、一第二側邊，一第三側邊及一第四側邊，該第一分光器之所述第一側邊係面對該第一極化器，該第一極化器亦面對該混光單元之所述第一側邊，該第一分光器之所述第三側邊係面對該混光單元之第三側邊，該第一分光器之所述第四側邊係面對該混光單元之所述第四側邊，該短波光源單元用以產生一短波光束，該二色分光鏡具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該短波光源裝置，所述第二側邊係面對該混光單元之所述第二側邊，所述第三側邊係面對該第一分光器之所述第二側邊，該二色分光鏡係用以使波長短於一預設波長之光束無法穿透並將其反射至所述第一物鏡之所述平行光側，且該短波光束之波長小於該預設波長。
在一實施例中，該參考端單元包括：一光程延遲器，具有一第一側邊及一第二側邊，所述第一側邊係面對該混光單元之所述第三側邊；一第二物鏡，具有一平行光側及一聚光側，該平行光側係面對該光程延遲器之所述第二側邊；以及一反射鏡，面對該第二物鏡之所述聚光側，用以反射穿出所述聚光側之光束，其中該光程延遲器係用以調整該可調光程以使該可調光程對稱於由該活體或該樣本乘載單元、該第一物鏡及該混光單元所形成之一樣本光程。
在一實施例中，該第一白光光源單元、該短波光源單元，均包括一光源；或均包括一光源及一條狀狹縫；或均包括一光源及一光柵；或均包括一光源、一光柵及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或均包括一光源、一條狀狹縫及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或均包括一LED條狀分布光源。
在一實施例中，該感測單元包括一第二分光器、一第二極化器、一第三極化器、一長波通濾光器、一單色二維感光元件及一彩色二維感光元件，該第二分光器具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該投影透鏡，以將所述之第一白光光束經由所述第三側邊導出，並經由該第三極化器後成像於該彩色二維感光元件，及將包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束與一螢光光束分光後經由所述第二側邊導出，並經由該第二極化器、該長波通濾光器濾除所述窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件，其中該混光單元之該第一分光器之所述第二側邊進一步具有一第一四分之一波片，所述第三側邊進一步具有一第二四分之一波片，該第一極化器具有一第一極化方向，該第二極化器具有一第二極化方向，該第三極化器具有一第三極化方向，該第二極化器方向與該第三極化方向係互相垂直，該第一極化器方向與該第二極化方向係互相垂直，該第一四分之一波片具有一第一光軸方向，該第二四分之一波片具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第二極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及正交極化光譜吸收影像品質之效果。
在一實施例中，該第一白光光束之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，該短波光束之波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片、該第二四分之一波片、該第一分光器、該第二分光器、該第一極化器、該第二極化器及該第三極化器之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡之截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器之截止波長範圍在460nm至510nm之間。
在一實施例中，該感測單元包括一極化分光器、一長波通濾光器、一單色二維感光元件及一彩色二維感光元件，該極化分光器具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該投影透鏡，以將所述之第一白光光束經由所述第三側邊導出而成像於該彩色二維感光元件，及將包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束與一螢光光束分光後經由所述第二側邊導出，並經由該長波通濾光器濾除所述窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件，該混光單元之該第一分光器之所述第二側邊進一步具有一第一四分之一波片，所述第三側邊進一步具有一第二四分之一波片，該第一極化器具有一第一極化方向，該極化分光器具有一第四極化方向(S-極化方向)，該第一極化器方向與該第四極化方向係互相垂直，該第一四分之一波片具有一第一光軸方向，該第二四分之一波片具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第四極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及正交極化光譜吸收影像品質之效果。
在一實施例中，該第一白光光束之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，該短波光束之波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片、該第二四分之一波片、該第一分光器、該第二分光器、該第一極化器及該極化分光器之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡之截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器之截止波長範圍在460nm至510nm之間。
在一實施例中，其更進一步包括一資訊處理單元，用以執行一影像處理程序。
在一實施例中，其中該參考端單元進一步具有一軸向平台，該樣本承載單元進一步具有一三維移動平台，俾藉由以該軸向平台移動該第二物鏡與該反射鏡、調變該光程延遲器及以該三維移動平台移動該染有螢光劑之樣本，使該資訊處理單元能夠藉由執行該影像處理程序，而使該資訊處理單元能夠計算出該樣本之一三維影像。
在一實施例中，其中該樣本承載單元進一步具有一三維移動平台及一第二白光光源單元，其中，該第二白光光源單元包括一白光 LED、一白光鹵素燈、或一鎢絲燈，且該第二白光光源單元係用以提供該第一物鏡一適當之穿透亮度，俾以在一H&E切片置放於該樣本承載單元時，使該三維移動平台移動該H&E切片並以該第二白光光源產生之一第二白光光束照射該H&E切片，從而使該資訊處理單元能夠依該感測單元所感測之影像資料執行該影像處理程序以產生一H&E影像。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
請一併參照圖1a至圖1b，其中，圖1a其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之實施例方塊圖；圖1b其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之一分光與聚焦之運作示意圖。
如圖1a所示，本案之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，包括:一第一白光光源單元100；一混光單元200；一第一物鏡300；一活體或一樣本乘載單元400；一投影透鏡500；一參考端單元600以及一感測單元700。
該第一白光光源單元100係用以產生一第一白光光束10，所述第一白光光束10之行進方向以一中空頭箭頭表示；該混光單元200包括一短波光源單元250(請參照圖3c及圖3d，其未示於圖1a中)，該短波光源單元250用以產生一短波光束20，該短波光束20之行進方向以一實線箭頭表示；該樣本承載單元400係用以承載一染有螢光劑之樣本410(請參照圖1b，其未示於圖1a中)，該染有螢光劑之樣本410之螢光劑受到該短波光束20照射會釋放出一螢光光束30，該螢光光束30之行進方向以虛線箭頭表示。
如圖1b所示，該第一白光光源單元100係用以產生一第一白光光束10，該混光單元200，具有一第一側邊S201、一第二側邊S202、一第三側邊S203及一第四側邊S204，所述第一側邊S201係面對該第一白光光源單元100，且能夠使由所述第一側邊S201入射之所述第一白光光束10分成由所述第二側邊S202穿出之一第一分光束及由所述第三側邊S203穿出之另一第二分光束。
該參考端單元600用以使該第二分光束經一可調光程返回該混光單元200；該第一物鏡300具有一平行光側S301及一聚光側S302，該平行光側S301係面對該混光單元200之所述第二側邊S202；該活體或該樣本乘載單元400係面對該第一物鏡300之所述聚光側S302；該投影透鏡500具有一入光側S501及一出光側S502，該入光側S501係面對該混光單元200之所述第四側邊S204；該感測單元700係面對該投影透鏡500之所述出光側S502。
其中，該活體或該樣本乘載單元400、該第一物鏡300及該混光單元200形成一樣本光程。
該第一白光光束10頻帶例如但不限為包含一寬頻頻帶及一窄頻頻帶；該第一白光光源單元100、該短波光源單元250(未示於圖中)，均例如但不限為包括一光源；或包括一光源及一條狀狹縫；或包括一光源及一光柵；或包括一光源、一光柵及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或包括一光源、一條狀狹縫及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或包括一LED條狀分布光源(均未示於圖中)，其為習知技術，故在此不擬重複敘述。
請參照圖2，其繪示圖1之參考端單元之一實施例方塊圖。
如圖2所示，該參考端單元600包括: 一光程延遲器610；一第二物鏡620以及一反射鏡630。
該光程延遲器610具有一第一側邊S611及一第二側邊S612，所述第一側邊S611係面對該混光單元200之所述第三側邊S203(均未示於圖中)；該第二物鏡620具有一平行光側S621及一聚光側S622，該平行光側S621係面對該光程延遲器610之所述第二側邊S612；該反射鏡630面對該第二物鏡620之所述聚光側S622，用以反射穿出所述聚光側S622之光束。
請一併參照圖1b，該混光單元200(未示於圖中)、該光程延遲器610、該第二物鏡620以及該反射鏡630形成一可調光程，該參考端單元600係用以使該第二分光束經由該可調光程返回混光單元200，其中該光程延遲器610係用以調整該可調光程以使該可調光程對稱於由該活體或該樣本乘載單元400、該第一物鏡300及該混光單元200所形成之一樣本光程。
請一併參照圖3a~圖3b，其中圖3a 繪示圖1之混光單元之一實施例方塊圖；圖3b繪示圖3a之混光單元之另一實施例方塊圖。
如圖3a所示，該混光單元200包括: 一第一極化器210及一第一分光器220。
該第一分光器220具有一第一側邊S221、一第二側邊S222、一第三側邊S223及一第四側邊S224，所述第一側邊S221係面對該第一極化器210，該第一極化器210亦面對該混光單元200之所述第一側邊S201，所述第二側邊S222係面對混光單元200之所述第二側邊S202，所述第三側邊S223係面對混光單元200之所述第三側邊S203，所述第四側S224邊係面對混光單元200之所述第四側邊S204。
如圖3b所示，該第一分光器220之所述第二側邊S222進一步具有一第一四分之一波片230，其面對該混光單元200之所述第二側邊S202，該第一分光器220之所述第三側邊S223進一步具有一第二四分之一波片240，其面對該混光單元200之所述第三側邊S203。
請一併參照圖3c~圖3d，其中圖3c 繪示圖1之混光單元之另一實施例方塊圖；圖3d繪示圖3c之混光單元之另一實施例方塊圖。
如圖3c所示，該混光單元200包括：一第一極化器210、一第一分光器220、一短波光源單元250及一二色分光鏡260。
該第一分光器220具有一第一側邊S221、一第二側邊S222、一第三側邊S223及一第四側邊S224，該第一分光器220之所述第一側邊S221係面對該第一極化器210，該第一極化器210亦面對該混光單元200之所述第一側邊S201，該第一分光器220之所述第三側邊S223係面對混光單元200之所述第三側邊S203，該第一分光器220之所述第四側邊S224係面對混光單元200之所述第四側邊S204，該短波光源單元250用以產生一短波光束20，該二色分光鏡260具有一第一側邊S261、一第二側邊S262及一第三側邊S263，所述第一側邊S261係面對該短波光源單元250，所述第二側邊S262係面對該混光單元200之所述第二側邊S202，所述第三側邊S263係面對該第一分光器220之所述第二側邊S222，該二色分光鏡260係用以使波長短於一預設波長之光束無法穿透並將其反射至所述第一物鏡300之所述平行光側S301，再由聚光側S302聚焦，且該短波光束之波長小於該預設波長。
如圖3d所示，該第一分光器220之所述第二側邊S222進一步具有一第一四分之一波片230，其面對該二色分光鏡260之所述第三側邊S263，所述第三側邊S223進一步具有一第二四分之一波片240，其面對該混光單元200之所述第三側邊S203。
請參照圖4，其繪示圖1之收光與匯合後投影之運作示意圖。
如圖所示，該活體或該樣本乘載單元400能吸收該短波光束20及反射該第一白光光束10之該第一分光束，該染有螢光劑之樣本410(未示於圖中)中的螢光劑受到該短波光束20照射後，會釋放出一螢光光束30。
該二色分光鏡260(未示於圖中)係用以使波長短於一預設波長之光束無法穿透，並將其反射至所述第一物鏡300之所述平行光側S301(未示於圖中)，只有第一白光光束10之該第一分光束及該螢光光束30能分別穿透該二色分光鏡260。
該參考端單元600用以使第一白光光束10之該第二分光束經一可調光程返回該混光單元200；混光單元200係以所述第三側邊S203(未示於圖中)面
對參考端單元600，以接收從參考單元600返回之第一白光光束10之所述第二分光束，並將其經由S204(未示於圖中)導出至投射透鏡500；混光單元200係以第二側邊S202(未示於圖中)面對第一物鏡300用以從S204(未示於圖中)導出螢光光束30及第一白光光束10之所述第一分光束至投射透鏡500。
其中，由於該可調光程與該樣本光程係相對稱(in between the coherent length)，使得經由該可調光程反射之所述第二分光束所包含之一寬頻頻帶光束與經由該樣本光程反射之所述第一分光束所包含之一寬頻頻帶光束合併而產生一光學干涉現象，其為習知技術，在此不擬贅述。
該投影透鏡500，具有一入光側S501(未示於圖中)及一出光側S502(未示於圖中)，該入光側S501係面對該混光單元200之所述第四側邊S204(未示於圖中)，該出光側S502係用以向該感測單元700投射該第一白光光束10、該螢光光束30。
請參照圖5a，其繪示圖1之感測單元之一實施例方塊圖。
如圖所示，該感測單元包括：一第二分光器710、一第二極化器720、一第三極化器730、一長波通濾光器740、一單色二維感光元件750及一彩色二維感光元件760。
該第二分光器710具有一第一側邊S711、一第二側邊S712及一第三側邊S713，所述第一側邊S711係面對該投影透鏡500並接收其投射光束。其中，所述之第一白光光束10，經由所述之第二分光器710分光後，再由所述第三側邊S713導出，並經該第三極化器730偏振吸收後成像於該彩色二維感光元件760；包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束10與所述之一螢光光束30，其經由所述之第二分光器710分光後，再由所述第二側邊S712導出，並經該第二極化器720偏振吸收、該長波通濾光器740濾除所述窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件750。
請一併參照圖3b，該第一極化器210具有一第一極化方向，該第二極化器720具有一第二極化方向，第三極化器730具有一第三極化方向，該第二極化方向與該第三極化方向係互相垂直，該第一極化方向與該第二極化方向係
互相垂直，該第一四分之一波片230具有一第一光軸方向，該第二四分之一波片240具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第二極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及提升正交極化光譜吸收影像品質之效果。
其中，該第一白光光束10之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，該短波光束20的波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片230、該第二四分之一波片240、該第一分光器220、該第二分光器710、該第二極化器720及該第三極化器之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡260的截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器的截止波長範圍在460nm至510nm之間。
請參照圖5b，其繪示圖1之感測單元之另一實施例方塊圖。如圖所示，該感測單元包括：一極化分光器770、一長波通濾光器740、一單色二維感光元件750及一彩色二維感光元件760。
該極化分光器770具有一第一側邊S771、一第二側邊S772及一第三側邊S773，所述第一側邊S771係面對該投影透鏡500並接收其投射光束。其中，所述之第一白光光束10經由所述之極化分光器770偏振分光後，再由所述第三側邊S773導出後成像於該彩色二維感光元件760；包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束10與所述之一螢光光束30，其經由所述之極化分光器770偏振分光後，再由所述第二側邊S772導出，並經該長波通濾光器740濾除所述之窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件750。
請一併參照圖3b，該第一極化器210具有一第一極化方向，該極化分光器770具有一第四極化方向(S-極化方向)，該第一極化方向與該第四極化方向係互相垂直，該第一四分之一波片230具有一第一光軸方向，該第二四分之一波片240具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第四極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及提升正交極化光譜吸收影像品質之效果。
其中，該第一白光光束10之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，該短波光束20的波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片230、該第二四分之一波片240、該第一分光器220、該第二分光器710、該第一極化器210及該極化分光器770之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡260的截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器的截止波長範圍在460nm至510nm之間。
請參照圖6，其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之另一實施例方塊圖。
如圖所示，該參考端單元600進一步具有一軸向平台640；該樣本承載單元400進一步具有一三維移動平台430；該採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其更進一步包括一資訊處理裝置(未示於圖中)，用以執行一影像處理程序。
藉由以軸向平台640移動該第二物鏡620與該反射鏡630、調變光程延遲器610及以三維移動平台430移動該染有螢光劑之樣本410，而使該資訊處理裝置(未示於圖中)能夠計算出該樣本之一三維影像(未示於圖中)，其為習知技術，在此不擬贅述。
此外，該樣本承載單元400進一步具有一第二白光光源單元420，其中，該第二白光光源單元420包括一白光LED、一白光鹵素燈、或一鎢絲燈，且該第二白光光源單元係用以提供該第一物鏡300一適當之穿透亮度，俾以在一H&E切片置放於該樣本承載單元400時，使該三維移動平台移動該H&E切片並以該第二白光光源單元420產生之一第二白光光束40照射該H&E切片，從而使該資訊處理單元能夠依該感測單元所感測之影像資料執行該影像處理程序以產生一H&E影像。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，不僅能用於新鮮組織之造影，亦能運用於活體皮膚或手術中之組織病理檢測，以快速提供醫師組織資訊。
2.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中混色單元具有二色分光鏡，置於第一分光器與第一物鏡之間，用以使短波光束在照射到樣本的光程中，不會被第一分光器衰減到而可增強螢光信號強度，縮短曝光時間，加快取像速度。
3.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中來自樣本之光束(包含反射短波光束與受短波照射激發之螢光光束)在穿過二色分光器時，短波光束會被過濾，只讓螢光光束穿過，以得到對比度較好的螢光信號，縮短曝光時間，加快取像速度。
4.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中感測單元具有長波通濾光器以進一步過濾該短波光束，以得到對比度較好的螢光信號，俾以縮短曝光時間，從而加快取像速度。
5.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其光學切層方法：(1)結合光學干涉顯微術與正交極化光譜吸收顯微術，同步取得細胞結構與色素區塊影像；(2)結合光學干涉顯微術與螢光顯微術，先後取得細胞結構與細胞核影像；(3)結合光學干涉顯微術與正交極化光譜吸收顯微術後，再結合螢光顯微術，在同步取得細胞結構與色素區塊影像後，再取得細胞核影像。
6.本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，利用第二白光光源所產生之第二白光光束照射H&E冷凍或石蠟切片樣本而取得其穿透影像，進而與上述目的取得之影像比對。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
10:第一白光光束
20:短波光束
30:螢光光束
40:第二白光光束
100:第一白光光源單元
200:混光單元
S201:第一側邊
S202:第二側邊
S203:第三側邊
S204:第四側邊
210:第一極化器
220:第一分光器
S221:第一側邊
S222:第二側邊
S223:第三側邊
S224:第四側邊
230:第一四分之一波片
240:第二四分之一波片
250:短波光源單元
260:二色分光鏡
S261:第一側邊
S262:第二側邊
S263:第三側邊
300:第一物鏡
S301:平行光側
S302:聚光側
400:活體或樣本乘載單元
410:活體或染有螢光劑之樣本
420:第二白光光源單元
430:三維移動平台
500:投影透鏡
S501:入光側
S502:出光側
600:參考端單元
610:光程延遲器
S611:第一側邊
S612:第二側邊
620:第二物鏡
S621:平行光側
S622:聚光側
630:反射鏡
640:軸向平台
700:感測單元
710:第二分光器
S711:第一側邊
S712:第二側邊
S713:第三側邊
720:第二極化器
730:第三極化器
740:長波通濾光器
750:單色二維感光元件
760:彩色二維感光元件
770:極化分光器
S771:第一側邊
S772:第二側邊
S773:第三側邊
圖1a為一示意圖，其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之一實施例方塊圖； 圖1b為一示意圖，其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之分光與聚焦之運作示意圖。 圖2為一示意圖，其繪示圖1之參考端單元之一實施例方塊圖。 圖3a為一示意圖，其繪示圖1之混光單元之一實施例方塊圖； 圖3b為一示意圖，其繪示圖1之混光單元之另一實施例方塊圖。 圖3c為一示意圖，其繪示圖1之混光單元之另一實施例方塊圖； 圖3d為一示意圖，其繪示圖1之混光單元之另一實施例方塊圖。 圖4為一示意圖，其繪示圖1之收光與匯合後投影之運作示意圖。 圖5a為一示意圖，其繪示圖1之感測單元之一實施例方塊圖。 圖5b為一示意圖，其繪示圖1之感測單元之另一實施例方塊圖。 圖6為一示意圖，其繪示本發明之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置之另一實施例方塊圖。
第一白光光束10 短波光束20 螢光光束30 第二白光光束40 第一白光光源單元100 混光單元200 第一物鏡300 活體或樣本乘載單元400 投影透鏡500 參考端單元600 感測單元700
Claims (10)
- 一種採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其具有：一第一白光光源單元，用以產生一第一白光光束，該第一白光光束之頻帶包含一寬頻頻帶及一窄頻頻帶；一混光單元，具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，所述第一側邊係面對該第一白光光源單元，且能夠使由所述第一側邊入射之所述第一白光光束分成由所述第二側邊穿出之一第一分光束及由所述第三側邊穿出之一第二分光束；一參考端單元，用以使該第二分光束經一可調光程返回該混光單元；一第一物鏡，具有一平行光側及一聚光側，該平行光側係面對該混光單元之所述第二側邊；一活體或一樣本乘載單元，面對該第一物鏡之聚光側且該樣本乘載單元係用以承載一染有螢光劑之樣本；一投影透鏡，具有一入光側及一出光側，該入光側係面對該混光單元之所述第四側邊；以及一感測單元，係面對該投影透鏡之所述出光側；其中該混光單元包括一第一極化器及一第一分光器，該第一分光器具有一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊，該第一分光器之所述第一側邊係面對該第一極化器，該第一極化器亦面對該混光單元之所述第一側邊，該第一分光器之所述第二側邊係面對該混光單元之所述第二側邊，該第一分光器之所述第三側邊係面對該混光單元之所述第三側邊，該第一分光器之所述第四側邊係面對該混光單元之所述第四側邊；或該混光單元包括一第一極化器、一第一分光器、一短波光源單元及一二色分光鏡，該第一分光器具有一第一側邊、一第二側邊，一第三側邊及一第四側邊，該第一分光器之所述第一側邊係面對該第一極化器，該第一極化器亦面對該混光單元之所述第一側邊，該第一分光器之所述第三側邊係面對該混光單元之第三側邊，該第一分光器之所述第四側邊係面對該混光單元之所述第四側邊，該短波光源單元用以產生一短波光束， 該二色分光鏡具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該短波光源裝置，所述第二側邊係面對該混光單元之所述第二側邊，所述第三側邊係面對該第一分光器之所述第二側邊，該二色分光鏡係用以使波長短於一預設波長之光束無法穿透並將其反射至所述第一物鏡之所述平行光側，且該短波光束之波長小於該預設波長。
- 如申請專利範圍第1項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該參考端單元包括：一光程延遲器，具有一第一側邊及一第二側邊，所述第一側邊係面對該混光單元之所述第三側邊；一第二物鏡，具有一平行光側及一聚光側，該平行光側係面對該光程延遲器之所述第二側邊；以及一反射鏡，面對該第二物鏡之所述聚光側，用以反射該透射光束，其中該光程延遲器係用以調整該可調光程以使該可調光程對稱於由該活體或該樣本乘載單元、該第一物鏡及該混光單元所形成之一樣本光程。
- 如申請專利範圍第1項項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該第一白光光源單元、該短波光源單元，均包括一光源；或均包括一光源及一條狀狹縫；或均包括一光源及一光柵；或均包括一光源、一條狀狹縫及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或均包括一光源、一光柵及一可調變傾斜角度之轉折鏡；或均包括一LED條狀分布光源。
- 如申請專利範圍第1項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該感測單元包括一第二分光器、一第二極化器、一第三極化器、一長波通濾光器、一單色二維感光元件及一彩色二維感光元件，該第二分光器具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該投影透鏡，以將所述之第一白光光束經由所述第三側邊導出，並經由該第三極化器後成像於該彩色二維感光元件，及將包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束與一螢光光束分光後經由所述第二側邊導出，並經由該第二極化器、該長波通濾光器濾除所述窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件，其中該混光單 元之該第一分光器之所述第二側邊進一步具有一第一四分之一波片，所述第三側邊進一步具有一第二四分之一波片，該第一極化器具有一第一極化方向，該第二極化器具有一第二極化方向，該第三極化器具有一第三極化方向，該第二極化器方向與該第三極化方向係互相垂直，該第一極化器方向與該第二極化方向係互相垂直，該第一四分之一波片具有一第一光軸方向，該第二四分之一波片具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第二極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及提升正交極化光譜吸收影像品質之效果。
- 如申請專利範圍第4項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該第一白光光束之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，該短波光束之波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片、該第二四分之一波片、該第一分光器、該第二分光器、該第二極化器及該第三極化器之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡之截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器之截止波長範圍在460nm至510nm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該感測單元包括一極化分光器、一長波通濾光器、一單色二維感光元件及一彩色二維感光元件，該極化分光器具有一第一側邊、一第二側邊及一第三側邊，所述第一側邊係面對該投影透鏡，以將所述之第一白光光束分光後經由所述第三側邊導出，並經由該第三極化器後成像於該彩色二維感光元件，及將包含所述寬頻頻帶及所述窄頻頻帶之第一白光光束與一螢光光束分光後經由所述第二側邊導出，並經由該長波通濾光器濾除所述窄頻頻帶而先後成像於該單色二維感光元件，該混光單元之該第一分光器之所述第二側邊進一步具有一第一四分之一波片，所述第三側邊進一步具有一第二四分之一波片，該第一極化器具有一第一極化方向，該極化分光器具有一第四極化方向(S-極化方向)，該第一極化器方向與該第四極化方向係互相垂直，該第一四分之一波片具 有一第一光軸方向，該第二四分之一波片具有一第二光軸方向，該第一光軸方向與該第二光軸方向均介於該第一極化方向與該第四極化方向之間，用以提供一增強干涉效率及提升正交極化光譜吸收影像品質之效果。
- 如申請專利範圍第6項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該第一白光光束之波長範圍在400nm至800nm之間且包含一波長範圍在400nm至480nm之藍色窄頻光與一波長範圍在480nm至800nm之黃色或橙色寬頻光，，該短波光束之波長範圍在350nm至410nm之間，該第一四分之一波片、該第二四分之一波片、該第一分光器、該第二分光器、該第一極化器及該極化分光器之工作波長範圍均在400nm到800nm之間，該二色分光鏡之截止波長範圍在360nm至420nm之間，該長波通濾光器之截止波長範圍在460nm至510nm之間。
- 如申請專利範圍第1項至第2項中任一項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其更進一步包括一資訊處理單元，用以執行一影像處理程序。
- 如申請專利範圍第8項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該參考端單元進一步具有一軸向平台，該樣本承載單元進一步具有一三維移動平台，俾藉由以該軸向平台移動該第二物鏡與該反射鏡、調變該光程延遲器及以該三維移動平台移動該染有螢光劑之樣本，使該資訊處理單元能夠藉由執行該影像處理程序，計算出該樣本之一三維影像。
- 如申請專利範圍第8項所述之採用進階光學干涉顯微術之光學切層裝置，其中該樣本承載單元進一步具有一三維移動平台及一第二白光光源單元，其中，該第二白光光源單元包括一白光LED、一白光鹵素燈、或一鎢絲燈，且該第二白光光源單元係用以提供該第一物鏡一適當之穿透亮度，俾以在一H&E切片置放於該樣本承載單元時，使該三維移動平台移動該H&E切片並以該第二白光光源產生之一第二白光光束照射該H&E切片，從而使該資訊處理單元能夠依該感測單元所感測之影像資料執行該影像處理程序以產生一H&E影像。
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- 2018-07-18 TW TW107124725A patent/TWI691700B/zh active
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