[发明专利]一种基于空间编码光的拉曼成像系统

说明书

本发明属于用于测定生物或医学样本的物理或化学性质或成分，例如，生物样本未知成分的鉴定或医学临床活检样本的分析技术领域，公开了一种基于空间编码光的拉曼成像系统；连续波激光器经光源模块后输出均匀平面照射光源，并传输到空间编码器；采用空间编码器的编码模式，使得空间编码器每个像元通过的光具有不同的强度调制频率；利用信号收集模块采集时间序列拉曼散射信号，并传递到控制与计算模块进行存储和后续处理；利用空间编码的物理过程，建立空间编码的数学模型；基于稀疏正则化策略建立目标函数，采用合适的优化方法对样本拉曼图像进行恢复。本发明将宽场照明的成像速度优势以及点扫描的图像质量优势结合起来，图像质量高、成像速度快。

技术领域

本发明属于用于测定生物或医学样本的物理或化学性质或成分，例如，生物样本未知成分的鉴定或医学临床活检样本的分析技术领域，尤其涉及一种基于空间编码光的拉曼成像系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：目前实现拉曼成像主要采用点扫描、线扫描和宽场照明三种方式。点扫描拉曼成像是最早出现的拉曼成像模式，激发光聚焦于样品表面一点激发拉曼散射信号，并通过振镜或者平移台控制样本照射位置，进而记录每一个像素点的拉曼信号。目前基于该技术可实现目标样本二维以及三维成像；然而，由于拉曼散射信号很弱，每点的激发光驻留时间通常在毫秒到秒的量级上。此外，每点采集后都需要对数据进行读取，这一过程通常会为信号探测器增加几百毫秒。因此，传统的点扫描拉曼成像是一个耗时的过程，可能需要几个小时才能映射一块很小的区域。线扫描成像方式比点扫描拉曼成像方式速度提高了300～600倍，该技术使激发光以直线的形式聚焦于样品表面，激发光激发的拉曼散射信号被CCD相机收集，但存在像场弯曲和光子散射等问题，这使得成像对象在相机的对焦点比中心略前，导致成像对象在相机两侧的成像模糊，不利于高质量图像的获取。宽场照明方式的拉曼成像技术采用激发光照射整个样本视野，然后采用CCD相机获取样本的二维拉曼图像。从成像速度与图像质量角度，点扫描拉曼成像技术通过扫描样本每一像素点激发拉曼信号，使其具有最佳的图像质量，但这是一个耗时的过程，导致成像速度慢；宽场照明拉曼成像技术成像速度较快，但由于直接使用激发光照射整个样本，不利于捕捉每像素点详细的化学成分及组成，导致图像质量略低。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的拉曼成像方法存在成像速度慢，像场弯曲和光子散射，图像质量低。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：如何克服点扫描方式成像速度慢、宽场照明方式成像质量低、以及线扫描方式像场弯曲和光子散射问题。

意义：通过空间编码方式将点扫描方式图像质量高和宽场照明方式成像速度快的优势相结合，解决已有技术中的上述问题，可以对生物或医学样本的物理或化学成分及分布进行快速、高质量成像，有利于对目标样本进行更精确的分析。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于空间编码光的拉曼成像系统。

本发明是这样实现的，一种基于空间编码光的拉曼成像系统，所述基于空间编码光的拉曼成像系统包括：

光源模块，用于提供高质量、低噪声、稳定的均匀平面照射光源；

空间编码模块，用于采用空间编码器对平面照射光源不同位置处的光强度进行不同的频率调制；

样本控制模块，用于六个自由度控制样本处于成像的最佳位置；

信号收集模块，用于收集样本受激后产生的拉曼散射光信号；

控制与计算模块，用于对光源模块、空间编码模块、样本控制模块、信号收集模块的控制，以及用于采用基于空间编码光的成像方法对样本拉曼信号空间分布进行图像恢复。

进一步，所述光源模块包括连续波激光器、光束质量优化与均匀平面照射光源产生子模块；