專利名稱：一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種偏振成像的無損探測裝置，可用于分辨具有雙折射性生物組織精細結構及其它雙折射性物質，屬于當代新興的交叉學科一生物醫學光學，涉及光學、 聲學、電子信息、計算機技術以及醫學等領域。
背景技術：
對于生物組織超精細結構的探測方法，目前主要有電子顯微鏡，X-射線，生物化學分析，組織病理學分析、多光子熒光技術等方法。其中電子顯微鏡，X-射線，生物化學分析， 組織病理學分析等方法最大的缺點是具有嚴重的損傷性，而無法實時、活體的檢測。而由多光子顯微技術結合的多光子熒光技術盡管可以實時無損地獲得高分辨率，高對比度的顯微結構，具有非常高的峰值功率和較低的平均功率，減小或者消除光漂白和光毒作用。然而， 它無法獲得上皮組織膠原類型的比例及膠原的方向性信息。而對于多數的具有雙折射性的生物上皮組織病變，比如腫瘤，這需要及時獲得其腫瘤上皮組織的膠原病變后的方向性信息，以更準確的獲得病變組織的結構及生長方向。因此，需要探索一種活體、實時又能夠分辨出組織結構方向性的方法，從而為生物學領域中包括腫瘤在內的生物組織、化學領域的材料和各種礦物質，實現其雙折射性的能力實時、無損的定量檢測。
發明內容本實用新型的目的是為具有雙折射性的生物組織等提供一種無損、實時、動態的探測裝置，利用偏光的性質結合光與物質相互作用發射的二次諧波信號對具有雙折射性的物質進行顯微的結構成像與分析。該裝置能夠在對生物組織及晶體等的顯微結構進行高分辨率、高對比度的檢測，并獲得其方向性信息。本實用新型的技術方案實現方法無損探測裝置由激光器、偏振檢測系統、光路傳輸系統、載物臺、探測系統和計算處理系統構成。激光器發射的激光束，依次通過起偏器、 光路傳輸系統、載物臺；激光束到達載物臺的樣品上后產生二次諧波信號光和熒光信號并反向光路傳輸系統、偏振檢測系統到達探測系統；其中探測系統、光路傳輸系統可由計算機控制，偏振檢測系統以及載物臺則由人工控制。所述的激光器是一臺可調諧的飛秒激光器。該激光器所發射的光束波長范圍為 700nm-980nm。所述的偏振檢測系統由起偏器和包括波晶片、檢偏器以及相關電磁控制單元在內的器件所組成。激光束經起偏器并經整形后形成特定偏振方向的入射光，而來自樣品的接收光經過分束鏡、波晶片、檢偏器等為探測系統所接受。經過逆向分析后可以得到包含樣品偏振結構的信息。所述的光路傳輸系統包含有X-Y掃描器、放大成像器、二色鏡、物鏡、濾光片、聚光鏡A和聚光鏡B組成。光路傳輸系統中經過起偏器的光為X-Y掃描器所接收，隨后進入放大成像器。放大成像器是由透鏡A和凸透鏡B組成，可實現光束的放大或縮小。經放大的激光束，經過二色鏡的反射，由物鏡聚焦到旋轉載物臺的樣品上并產生二次諧波信號光和熒光信號，二次諧波信號光和熒光信號將反向通過物鏡并直接透過二色鏡，入射到一個濾光片上，由于濾光片的波長選擇作用，熒光信號和二次諧波信號光將分為2路，熒光信號光直接透過濾光片后經過一個聚光鏡A到達探測系統；二次諧波信號光則反射后通過一個聚光鏡B后通過檢偏器后到達探測系統。所述的探測系統是由光電倍增管A、光電倍增管B組成。光電倍增管A接收熒光信號，而光電倍增管B接收包含偏振信息的二次諧波信號。探測系統和光路傳輸系統都由計算機進行控制，由計算機可同時顯示含偏振信息圖像與常規非線性或熒光圖像。所述的載物臺為可旋轉載物臺，其上放置樣品，樣品經激光束照射后產生不同偏振主導方向的二次諧波信號光和熒光信號。所述的起偏器和偏振檢測系統單元均可進行旋轉。所述的二色鏡，可反射大于700nm波長的光，可透射小于700nm波長的光。所述的濾光片，可反射小于450nm的光，可透射大于450nm的光。本實用新型裝置能夠實時，快速，無損地檢測生物組織、植物以及晶體等具有雙折射性的物質，并獲得高分辨率、高對比度的圖像及強度和方向。其關鍵技術在于偏振分析方法的應用，使得可以獲得附加的偏振信息，獲得偏振的二次諧波信號時，可根據需要旋轉起偏器控制入射光偏振方向，同時載物臺的樣品亦可以旋轉。組織成像所用的光是通過偏振模塊的超短脈沖激光束產生的。而偏振方法是在偏振的平行方向和水平方向的夾角來激發偏振軸來得到的熒光發射。樣品激發和發射偶極方向可以確定。同時也可以獲得熒光偏振光譜。本實用新型裝置的其優點是結合偏振特征，獲得超微結構的雙折射物質的顯微結構，同時獲得雙折射物質的二次諧波強度、其組織的方向性信息和其它的二次非線性感受器的參數，從而具備為包括腫瘤在內的生物組織和化學領域各種材料和礦物質定量檢測其雙折射性的能力。
圖1為本實用新型裝置的結構原理圖。圖2為本實用新型裝置具體實施的構造示意圖。
具體實施方式
為了對本實用新型有進一步的理解，
以下結合附圖2對本實用新型的實施例作詳細的描述。圖2中，1.激光器；2.起偏器；3. X-Y掃描系統；4.凸透鏡A;5.凸透鏡B;6.旋轉載物臺；7.物鏡；8. 二色鏡；9.波晶片、檢偏器以及相關電磁控制單元；10.聚光鏡B; 11.濾光片；12.聚光鏡A;13.光電倍增管A;14.計算機；15.光電倍增管B。可調諧波長的激光器1發射的光束經過一個起偏器2獲得定向的線偏振光。而后傳輸到X-Y掃描系統3和成像放大系統中的凸透鏡A4、凸透鏡B5，接著通過一個二色鏡8 的光由物鏡7聚焦到旋轉載物臺6的樣品上。由激光和樣品產生的二次諧波信號反向通過物鏡7并透過二色鏡8到濾光片11上分為兩路。波長長于特定波長的光直接透過濾光片11后經過一個聚光鏡A 12到達光電倍增管A 13的接收端，即獲得熒光的信號并轉換為電信號。波長短于特定波長的光被濾光片11反射后通過一個聚光鏡B 10后通過波晶片、檢偏器以及相關電磁控制單元9后到達光電倍增管B 15的接收端，即獲得偏振二次諧波的信號并在光電倍增管轉化為電信號。兩路的光電信號在計算機14中顯示。X-Y掃描系統3也由計算機14接受控制。 在本實用新型的實施中，以皮膚真皮層膠原為樣品；選擇最佳的可調諧激光器1 的波長為850nm，因為該波長可以較好的激發二次諧波信號。激光通過起偏器2后變成一個可改變方向的線偏振光。由于二色鏡8可反射大于700nm的光，故光反射后通過物鏡7到達載物臺6上的皮膚樣品。激光和雙折射的膠原介質相互作用產生二次諧波光原路返回。 當然，真皮還有其他物質，比如彈力纖維，其與光相互作用后產生的熒光也是原路返回。熒光與二次諧波光到達二色鏡8后小于700nm的光透射后經過濾光片11。濾光片11的鍍膜為小于450nm的光反射，而對450nm_650nm的光是透射的。故對大于450nm的熒光通過一個聚光鏡A 12后直接被光電倍增管A 13接收，而對于二次諧波效應產生的光則通過聚焦鏡B 10后需要經過波晶片、檢偏器以及相關電磁控制單元9，分析檢測其偏振狀態后被光電倍增管B 15接收，得到物質雙折射纖維的變化，故在計算機14上顯示二次諧波強度的同時可以獲得樣品的方向性。此方法可以快速，活體，實時檢測生物組織在病變或者光熱損傷下膠原方向的變化情況。
權利要求1.一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置，其特征是裝置由激光器、偏振檢測系統、光路傳輸系統、載物臺、探測系統和計算處理系統構成，激光器發射的激光束，依次通過起偏器、光路傳輸系統、載物臺；激光束到達載物臺的樣品上后產生二次諧波信號光和熒光信號并反向光路傳輸系統、偏振檢測系統到達探測系統；探測系統、光路傳輸系統由計算機控制，偏振檢測系統以及載物臺則由人工控制。
2.根據權利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置，其特征是所述的激光器為可調諧的飛秒激光器，波長范圍為700nm 980nm。
3.根據權利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無損探測實時動態裝置，其特征是所述的光路傳輸系統包含有X-Y掃描器、放大成像器、二色鏡、物鏡、濾光片、聚光鏡A和聚光鏡B ；光路傳輸系統中的X-Y掃描器接收來自于起偏器的光；經過放大成像器的激光束， 再經過二色鏡的反射，由物鏡聚焦到旋轉載物臺的樣品上并產生二次諧波信號光和熒光信號，二次諧波信號光和熒光信號將反向通過物鏡并直接透過二色鏡，入射到一個濾光片上； 熒光信號和二次諧波信號光將分為2路，熒光信號光直接透過濾光片后經過一個聚光鏡A 到達探測系統；二次諧波信號光則反射后通過一個聚光鏡B后通過檢偏器后到達探測系統。
4.根據權利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無損探測實時動態裝置，其特征是所述的二色鏡可反射大于700nm波長的光，可透射小于700nm的光。
5.根據權利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置，其特征是濾光片可反射小于450nm的光，透射大于450nm的光。
6.根據權利要求3所述的一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置，其特征是所述的放大成像器是由透鏡A和凸透鏡B組成。
7.根據權利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無損探測實時動態裝置，其特征是所述的偏振檢測系統由起偏器和包括波晶片、檢偏器以及相關電磁控制單元在內的器件所組成；激光束經起偏器并經整形后形成特定偏振方向的入射光，而接收光經過分束鏡、波晶片、檢偏器等為探測系統所接受；經過逆向分析后可以得到包含樣品偏振結構的信息。
8.根據權利要求7所述的一種生物組織偏振成像的無損探測實時動態裝置，其特征是所述的起偏器和偏振檢測系統單元均可進行旋轉。
9.根據權利要求1所述的一種生物組織偏振成像的無損探測實時動態裝置，其特征是所述的載物臺為可旋轉載物臺，以產生不同偏振主導方向的二次諧波信號光和熒光信號。
專利摘要本實用新型涉及了一種生物組織偏振成像的無損實時動態探測裝置，其特征是裝置由激光器、偏振檢測系統、光路傳輸系統、載物臺、探測系統和計算處理系統構成，激光器發射的激光束，依次通過起偏器、光路傳輸系統、載物臺；激光束到達載物臺的樣品上后產生二次諧波信號光和熒光信號并反向光路傳輸系統、偏振檢測系統到達探測系統；探測系統、光路傳輸系統由計算機控制，偏振檢測系統以及載物臺則由人工控制。本裝置能夠實時，快速，無損地檢測晶體、生物組織、植物等具有雙折射效應的物質，并獲得高分辨率、高對比度的圖像及其強度與方向。
文檔編號G01N21/23GK202002880SQ201020670190
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者吳淑蓮, 李志芳, 李暉, 章小曼 申請人:福建師范大學