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    重庆时时彩软件公式怎么计算: 一种双模态薄层光学层析成像系统.pdf

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    一种 双模 薄层 光学 层析 成像 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611080379.7

    申请日:

    2016.11.30

    公开号:

    CN106770094A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/64申请日:20161130|||公开
    IPC分类号: G01N21/64 主分类号: G01N21/64
    申请人: 天津大学
    发明人: 赵会娟; 王爽; 李娇; 贾梦宇; 高峰
    地址: 300072 天津市南开区卫津路92号
    优先权:
    专利代理机构: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 程毓英
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611080379.7

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开一种双模态薄层光学层析成像系统,包括激光光源1、起偏器2、偏振光分光镜3、二向色镜4、x??振镜5、y??振镜6、扫描透镜7、物镜8、成像透镜10、检偏器11、高通滤波片、衰减片、光电倍增管阵列13、第一反射镜14和第二反射镜15。由激光光源1发射的准直线偏光,通过起偏器2和偏振光分光镜3滤除s偏振分量后得到的线偏振光通过二向色镜4后打到x??振镜5、y??振镜6上,通过控制x??振镜5、y??振镜6的旋转角度实现光束的偏转;光束再通过扫描透镜7、物镜8后被聚焦到样品表面,形成点光源,进而实现对样品表面的二维扫描探测。

    权利要求书

    1.一种双模态薄层光学层析成像系统,包括激光光源(1)、起偏器(2)、偏振光分光镜
    (3)、二向色镜(4)、x-振镜(5)、y-振镜(6)、扫描透镜(7)、物镜(8)、成像透镜(10)、检偏器
    (11)、高通滤波片、衰减片、光电倍增管阵列(13)、第一反射镜(14)和第二反射镜(15)。
    由激光光源(1)发射的准直线偏光,通过起偏器(2)和偏振光分光镜(3)滤除s偏振分量
    后得到的线偏振光通过二向色镜(4)后打到x-振镜(5)、y-振镜(6)上,通过控制x-振镜(5)、
    y-振镜(6)的旋转角度实现光束的偏转;光束再通过扫描透镜(7)、物镜(8)后被聚焦到样品
    表面,形成点光源,进而实现对样品表面的二维扫描探测;
    样品表面出射的携带样品内部信息的激励光通过物镜(8)、扫描透镜(7)和y-振镜(6)、
    x-振镜(5),在样品内部发生退偏的漫射光经偏振光分光镜(3)后,s偏振分量反射到达第一
    反射镜(14)和第二反射镜(15),再透过二向色镜(4)、成像透镜(10),经检偏器(11)再次滤
    除镜面反射后,进入光电倍增管阵列(13);
    样品内部受激辐射的荧光信号通过物镜(8)、扫描透镜(7)后,被y-振镜(6)和x-振镜
    (5)反扫描,进入二向色镜(4);荧光被二向色镜反射直接进入成像透镜(10),经成像透镜聚
    焦后进入P光电倍增管阵列(13);进行荧光测量时,光电倍增管阵列(13)前置高通滤光片,
    进行经过组织内部的激励光的测量时,光电倍增管阵列(13)前置衰减片。
    2.根据权利要求(1)所述的双模态薄层光学层析成像系统,其特征在于,二向色镜(4)
    的参数为:442nm透射率>90%、535nm透射率<0.3%。

    说明书

    一种双模态薄层光学层析成像系统

    技术领域

    本发明属于生物医学工程技术领域,涉及一种荧光薄层光学层析成像系统对早期
    宫颈癌的检测。

    背景技术

    宫颈癌是女性第二大常见的恶性肿瘤,仅次于乳腺癌,其致死率高居女性癌症致
    死率的第三位。宫颈癌发病率占女性癌症的15%。全球每年新增宫颈癌患者约51万,每年约
    30万女性死于宫颈癌。宫颈浸润癌前状态异常,宫颈上皮内瘤样病变(CIN),或鳞状上皮内
    病变(SIL)高发于年轻女性。研究显示,宫颈上皮内瘤样病变最开始的CIN1状态,治愈率可
    以达到80%到90%,CIN2时是60%到70%,进入CIN3还能有40%到50%,但发展到CIN4时,
    治愈率只有10%。而一旦进入CIN2级别,病变组织就会有5%-12%的可能性在8-10内发展
    为宫颈浸润癌。宫颈浸润癌若不及时治疗,病人一般会在2-5年内死亡。所以,宫颈癌早期诊
    断和治疗非常重要。巴氏涂片筛查法是最原始的宫颈癌检测方法。但整个宫颈癌的检测过
    程不但费时而且很昂贵。因此急需高灵敏度、高特异性的医学诊断方法作为宫颈组织病变
    程度判断的依据。

    光学方法检测早期宫颈癌是新发展起来的一门医学诊断方法。它具有无创性,可
    以通过观察组织体的新陈代谢状况而实现在体早期癌症诊断。早期宫颈癌鳞柱交界处的
    CIN 2/3级病变的诊断要求成像深度为毫米量级、空间分辨率几百微米范围,属于介观、中
    等空间分辨率成像范畴。薄层光学层析成像(Laminar optical tomography,LOT)成像技术
    是一种具有潜在定量性的非接触式介观功能成像方法,利用与共聚焦成像类似的扫描系统
    同时获取同轴和离轴的漫散射光,并根据扩散光学层析成像(Diffuse Optical
    Tomography,DOT)原理完成了层析图像的获取与重建,LOT中的源探分布比DOT小很多(一般
    为几个毫米),因此,LOT比DOT有更高的分辨率。同时不同于(Confocal Microscopy,CM),
    LOT利用不同源探分布的阵列探测器可以同时获取不同深度的散射荧光,经后期的重建处
    理,得到深度分辨信息。LOT探测深度为2-3mm,空间分辨率为几百微米。

    外荧光LOT(Fluorescent Laminar optical tomography,FLOT)将荧光分子探针
    和LOT技术相结合,利用荧光分子标记的特异性对生物组织进行无创、实时的跟踪与检查,
    属于介观功能成像技术,具备极高的灵敏度、特异性且使用方便,特别适合浅层组织中等分
    辨的功能性信息获取,适用于早期宫颈癌的诊断。

    虽然FLOT的二维原图像(raw image)较LOT系统有了更高的成像质量,但由于原图
    像受来自不同深度的漫射光干扰仍需要重建算法将其转换为具有三维空间分布的荧光物
    质浓度或荧光产率信息。而荧光重建算法中普遍要求已知激励光强度,从而得到测量伯恩
    比来消除组织光学参数及其变化和某些系统参数的影响。

    美国哥伦比亚大学的Elizabeth M.C.Hillman等2004年首次提出了薄层光学层析
    成像概念。2009年,Hillman等人利用荧光剂若丹明在LOT的基础上进行了荧光信号的测量。
    他们采用不同的探测器接组织表面出射的激励光和受激辐射的荧光信号。得到了曝露的大
    鼠脑皮层下清晰的荧光信号、以及吸收对比成像。光源和探测器距离在2.0mm时得到系统的
    穿透深度极限为3.0mm,但他们并未进行荧光的三维图像重建。2010年Chen Yu等人发展了
    利用Cy5.5在小动物的乳腺癌模型上进行了FLOT成像的开拓性工作,他们采用相对于激励
    光的测量模式,利用伯恩近似比值进行荧光信号的三维图像重建。他们利用两个独立的CCD
    探测器及信号调理电路分别探测激励光和荧光信号,在重建过程中并没有考虑两个CCD增
    益差异给重建结果造成的误差。这就有可能造成伯恩比值的失真,从而直接影响重建结果
    的准确性。

    发明内容

    本发明的目的是克服现有技术的上述不足,提供一种获得较为准确的伯恩比值的
    双模态薄层光学层析成像系统。技术方案如下:

    一种双模态薄层光学层析成像系统,包括激光光源1、起偏器2、偏振光分光镜3、二
    向色镜4、x-振镜5、y-振镜6、扫描透镜7、物镜8、成像透镜10、检偏器11、高通滤波片、衰减
    片、光电倍增管阵列13、第一反射镜14和第二反射镜15。

    由激光光源1发射的准直线偏光,通过起偏器2和偏振光分光镜3滤除s偏振分量后
    得到的线偏振光通过二向色镜4后打到x-振镜5、y-振镜6上,通过控制x-振镜5、y-振镜6的
    旋转角度实现光束的偏转;光束再通过扫描透镜7、物镜8后被聚焦到样品表面,形成点光
    源,进而实现对样品表面的二维扫描探测;

    样品表面出射的携带样品内部信息的激励光通过物镜8、扫描透镜7和y-振镜6、x-
    振镜5,在样品内部发生退偏的漫射光经偏振光分光镜3后,s偏振分量反射到达第一反射镜
    14和第二反射镜15,再透过二向色镜4、成像透镜10,经检偏器11再次滤除镜面反射后,进入
    光电倍增管阵列13;

    样品内部受激辐射的荧光信号通过物镜8、扫描透镜7后,被y-振镜6和x-振镜5反
    扫描,进入二向色镜4;荧光被二向色镜反射直接进入成像透镜10,经成像透镜聚焦后进入
    光电倍增管阵列13;进行荧光测量时,光电倍增管阵列13前置高通滤光片,进行经过组织内
    部的激励光的测量时,光电倍增管阵列13前置衰减片。

    优选地,二向色镜4的参数为:442nm透射率>90%、535nm透射率<0.3%。

    本发明采用双模态测量方法,利用全反镜及原有的二向色镜重新调整光路,使得
    激励光与荧光探测支路合二为一,并采用滤光轮进行切换,实现了仅用一只探测器分时检
    测来自同一样品面出射的荧光与激励光。改善了FLOT系统中荧光探测与激励光探测支路互
    为独立的现状,该方法的优势在于不仅继承了原FLOT系统相对测量方式,同时能够自动补
    偿由探测器及其信号调理部分引起的线性误差,从而得到更加真实的伯恩比。

    附图说明

    图1是本发明双模态薄层光学层析成像系统原理框图。其中,实线代表共轴光束,
    虚线代表离轴光束。

    其中:

    1:442nm激励光源; 2:起偏器;

    3:偏振光分光镜; 4:二向色镜;

    5:x-扫描振镜; 6:y-扫描振镜;

    7:扫描透镜; 8:物镜;

    9:待测组织; 10:成像透镜;

    11:检偏器; 12:高通滤波片/衰减片;

    13:光电倍增管阵列; 14:反射镜1;

    15:反射镜2。

    图2 45°入射时,二向色镜透射率光谱图

    具体实施方式

    在FLOT系统中,由激光光源1发射出准直线偏光,该光通过起偏器2、偏振光分光镜
    3,滤除s偏振分量,提高系统光源p偏振分量的比例;线偏振光通过二向色镜4后打到x-振镜
    5和y-振镜6上,上位机通过控制x-、y-振镜旋转角度实现光束的偏转,从而实现对样品表面
    的二维扫描探测;之后光束通过扫描透镜7、物镜8后被聚焦到样品表面,构成FLOT系统的点
    光源。光进入样品后,与样品发生吸收、散射以及激励样品内荧光剂辐射荧光后,会在样品
    表面光源附近以漫射的形式出射。这些漫射光既包括经过组织吸收和散射的“激励光”(没
    有参与激励荧光只发生散射的出射光),也包括荧光剂被激发辐射出的荧光。

    测量激励光,光电倍增管阵列13前为衰减片12,由于荧光的光强很弱,只有激励光
    的1/1000,因此可以忽略荧光的干扰。样片表面出射的激励光,通过物镜8、扫描透镜7和y-
    振镜6、x-振镜5后,通过二向色镜4到达偏振光分光镜3,由于FLOT系统使用的是偏振光入
    射,系统以及样品的表面反射光偏振态并没有发生变化,而经过样品内部发生多次散射的
    光已完全退偏。因此,经过偏振光分光镜3后,发生退偏的漫射光s分量会被反射到达全反镜
    14、全反镜15,从而透过二向色镜4后进入成像透镜10,经检偏器11再次滤除镜面反射的激
    励光后,经过组织内部的激励光最终进入光电倍增管阵列13。

    测量荧光时,荧光通过物镜8、扫描透镜7后,被x-、y-扫描振镜反扫描,进入二向色
    镜4,荧光被二向色镜反射直接进入成像透镜10,经成像透镜聚焦进入光电倍增管阵列13。
    测量荧光时,PMT前放置高通滤光片12用以滤除激励光。为了尽量保证激励光与荧光探测
    时,系统的增益相同,因此测量荧光时同样在成像透镜后放置了起偏器。

    这种方法保证了荧光和激励光测量时,使用同一探测器及后续的信号调理电路,
    消除了由此产生的线性误差。

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