[发明专利]实现大体积高分辨的时间脉冲光片断层成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种实现大体积高分辨的时间脉冲光片断层成像方法及系统，所述方法包括：1)激光器输出两束同步或相位锁定的脉冲光源λ₁、λ₂；2)其中一束脉冲光源λ₂配有延时装置进行时间延迟调节；3)脉冲光λ₁、λ₂在传播方向上完全对射或有角度对射或有角度同向发射，通过调节两束光的位置在成像样本上同时实现空间和时间脉冲上的重叠，形成时间光片；4)时间光片所在的断层产生信号，提供图像信息；5)通过改变两束光的相对时间延迟或样本的位置，实现光片的断层扫描成像。本发明使用调制的时间脉冲光片，解决了机械式光片分辨率不均匀，深度成像中离焦的背景大，信号背景比低的问题，可以应用于大体积的器官水平成像。

技术领域

本发明涉及生物医学及光学成像技术领域，具体地是指一种实现大体积且高分辨的时间脉冲光片三维断层成像方法及系统。

背景技术

在生物医学研究和实际应用中，包括共聚焦荧光显微镜、多光子荧光显微镜和其它成像模式在内的光学成像技术已被广泛用于观测生物组织的细微结构和功能活动。虽然光学成像技术具有无毒性、高分辨、成像速度快，灵敏度高等众多优点，但其只适用于生物组织表层从数微米到数毫米的深度的成像。对于体积较大的生物组织或其它不透明样品(1毫米到10厘米及以上)，随着成像深度的增加，光散射和吸收趋于严重，由于离焦产生的背景信号增大，传统光学方法很难应用于大体积器官水平成像，因此受限于光在不透明样品中较差的穿透性能，光学成像分辨率随着成像深度急剧下降。光学成像一般采用更高阶的光学非线形效应，更高的激光瞬时功率，或者产生薄的空间照明光片等其它方法来解决成像深度的问题，但对于大小在1毫米以上的样品，仍然不能实现高分辨的光学三维断层成像。结合组织光透明技术，可以将成像深度提高到厘米量级，但对于活体生物却无能为力。目前，核磁共振成像(MRI)，计算断层成像(CT)，正电子发射断层成像(PET)等技术可以实现大体积三维活体成像，但空间分辨率大都在1毫米左右，无法对更细小的组织结构进行解析。同时，这些成像系统对活体都有一定的辐射计量，且技术复杂，系统庞大，价格昂贵。本发明主要应用光学手段代替传统射线成像方法，在活体内实现大体积且高分辨的光学断层成像，获取活体内组织、器官、病灶、血管结构等三维图像，并可结合光学探针，完成各种靶向功能成像。

发明内容

针对上述背景技术存在的不足，本发明提出一种时间脉冲光片断层成像方法及系统对大体积样品或大的生物活体实现高分辨成像，以解决光的成像分辨和成像深度的问题。

为实现上述目的，本发明所设计的实现大体积高分辨的时间脉冲光片断层成像方法，所述方法包括以下步骤：

1)激光器输出两束同步或相位锁定的脉冲光源λ₁、λ₂，其中λ₁和λ₂代表不同特性的光脉冲，例如不同波长，不同偏振；

2)其中一束脉冲光源λ₂配有延时装置进行时间延迟调节；

3)脉冲光λ₁和λ₂在传播方向上完全对射，或有角度对射，或有角度同向发射，通过调节两束光之间的相对时间延时，实现这两束脉冲光同时到达样本上一个断层，断层的厚度由两束光脉冲的脉宽决定；

4)只有这两种特性的时间脉冲光片在空间和时间同时出现重叠的断层才能产生信号，提供图像信息；

5)通过改变两束光的相对时间延迟或样本的位置，实现光片的三维断层扫描成像。

可选地，所述样本经过标记处理，两束脉冲光源单独作用不能激发信号，只有两束脉冲光源同时作用时才产生信号。