本申請涉及多光子成像，具體涉及一種基于多光子深度成像的成像設(shè)備及其成像探頭。

背景技術(shù)：

1、多光子深度成像是一種基于多光子的非線性光學(xué)效應(yīng)進(jìn)行深度成像的技術(shù)，具體地，多光子成像利用多個光子同時與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的各種非線性現(xiàn)象和效應(yīng)來產(chǎn)生對應(yīng)的光學(xué)信號，從而進(jìn)行深度掃描成像。例如，多光子深度成像的非線性光學(xué)效應(yīng)包括二次諧波產(chǎn)生（shg）、三次諧波產(chǎn)生（thg）、雙光子激發(fā)熒光（tpef）、三光子激發(fā)熒光（3pef）以及相干反斯托克斯拉曼散射（cars）等。

2、在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槎喙庾映上竦某上裨O(shè)備內(nèi)部光路復(fù)雜，往往依賴于大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)。由此，如何基于微型設(shè)備實(shí)現(xiàn)多光子成像技術(shù)并呈現(xiàn)較好的成像效果是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請實(shí)施例提供了一種成像設(shè)備通過探頭與主機(jī)的分體設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了探頭的微型化，同時用于傳輸激發(fā)光的輸入光纖具有滿足多光子成像需求的目標(biāo)帶寬，能攜帶包含不同波長分量的復(fù)合激光，提高了探頭的成像效果，從而解決上述技術(shù)問題。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N成像探頭，成像探頭應(yīng)用于基于多光子深度成像的成像設(shè)備，成像探頭通過光電復(fù)合線纜與成像設(shè)備的成像主機(jī)連接，成像探頭包括殼體、至少兩個輸入光纖、耦合模塊以及基于多光子深度成像的成像裝置。

3、殼體的一端設(shè)置有第一通口并用于與待測生命體固定連接，另一端設(shè)置有第二通口，第一通口分別與第二通口連通；其中，至少兩個輸入光纖、耦合模塊依次設(shè)置在第二通口內(nèi)，成像裝置設(shè)置在第一通口處。

4、至少兩個輸入光纖、耦合模塊以及成像裝置成激發(fā)光路，其中，至少兩個輸入光纖用于提供不同波長的至少兩個激光，耦合模塊用于將至少兩個激光合束為復(fù)合激光，成像裝置用于將復(fù)合激光轉(zhuǎn)化為激發(fā)光；將激發(fā)光聚焦于成像對象的內(nèi)部聚焦位置，以在內(nèi)部聚焦位置觸發(fā)多光子效應(yīng)；采集多光子效應(yīng)產(chǎn)生的光學(xué)信號；以及變更內(nèi)部聚焦位置以確定焦平面內(nèi)各個位置的光學(xué)信號，其中，焦平面內(nèi)各個位置的光學(xué)信號用于成像對象在焦平面處的光學(xué)圖像。

5、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N基于多光子深度成像的成像設(shè)備及其成像探頭，成像設(shè)備包括成像主機(jī)、至少兩個激光器、分束模塊、至少兩個光學(xué)探測器以及第一方面所述的成像探頭。

6、成像主機(jī)至少容納至少兩個激光器，激光器用于提供滿足成像要求的激光并通過成像探頭中對應(yīng)的輸出光纖傳輸?shù)匠上裉筋^，其中，至少兩個激光器中各個激光器釋放激光的波長不同。

7、成像探頭內(nèi)置耦合模塊以及基于多光子深度成像的成像裝置，耦合模塊用于將多個激光轉(zhuǎn)化為復(fù)合激光，成像裝置用于將復(fù)合激光轉(zhuǎn)化為激發(fā)光；將激發(fā)光聚焦于成像對象的內(nèi)部聚焦位置，以在內(nèi)部聚焦位置觸發(fā)多光子效應(yīng)；采集多光子效應(yīng)產(chǎn)生的光學(xué)信號；以及變更內(nèi)部聚焦位置以確定焦平面內(nèi)各個位置的光學(xué)信號，其中，焦平面內(nèi)各個位置的光學(xué)信號用于成像對象在焦平面處的光學(xué)圖像。

8、分束模塊用于將光學(xué)信號分束為至少兩個光信號分束，光學(xué)探測器用于接收對應(yīng)的光信號分束并檢測對應(yīng)的光信號分束的信號強(qiáng)度，其中，光信號分束反映多光子效應(yīng)產(chǎn)生的光學(xué)信號在各個波長的信號分量，光信號分束與光學(xué)探測器一一對應(yīng)，光學(xué)信號的信號強(qiáng)度反映光學(xué)圖像中對應(yīng)像素的像素值。

9、本申請?zhí)峁┮环N基于多光子深度成像的成像設(shè)備及其成像探頭，通過采用分體式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一種微型化的成像探頭。在成像時，可以將成像探頭與成像對象固定連接，通過激發(fā)光在成像對象內(nèi)部激發(fā)多光子效應(yīng)從而采集成像對象內(nèi)部的光學(xué)信號，以檢測成像對象內(nèi)的內(nèi)部情況。特別地，本申請?jiān)诔上裉筋^內(nèi)設(shè)置有多個輸入光纖，在多光子成像過程中同時提供多個波長的激光，使光學(xué)信號可以同時包括響應(yīng)于不同波長激發(fā)光的光信號分量，同時激發(fā)并檢測不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，在探頭內(nèi)部，各個波長的激光通過耦合模塊進(jìn)行合束處理，形成復(fù)合激光，由此，對復(fù)合激光的后續(xù)處理與激發(fā)光類似，進(jìn)一步簡化了成像探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

1.一種成像探頭，其特征在于，所述成像探頭應(yīng)用于基于多光子深度成像的成像設(shè)備，所述成像探頭通過光電復(fù)合線纜與所述成像設(shè)備的成像主機(jī)連接，所述成像探頭包括殼體、至少兩個輸入光纖、耦合模塊以及基于多光子深度成像的成像裝置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像探頭，其特征在于，所述至少兩個輸入光纖包括合束光纖以及邊緣光纖，其中，所述合束光纖中激發(fā)光的傳播方向與所述復(fù)合激光的傳播方向一致；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像探頭，其特征在于，所述合束元件為二向色鏡，其中，所述合束光纖對應(yīng)的二向色鏡用于透射所述合束光纖對應(yīng)波長范圍的激發(fā)光，折射其他波長范圍的激發(fā)光，所述至少兩個輸入光纖中其他光纖對應(yīng)的二向色鏡用于折射對應(yīng)光纖對應(yīng)波長范圍的激發(fā)光，透射其他波長范圍的激發(fā)光。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像探頭，其特征在于，所述合束元件包括偏振分束器以及二分之一玻片，其中，所述偏振分束器用于透射第一偏振方向的光束并反射第二偏振方向的光束，所述二分之一玻片用于調(diào)整偏振方向，所述第一偏振方向與所述第二偏振方向垂直。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像探頭，其特征在于，所述成像裝置包括沿所述激發(fā)光的傳播方向依次設(shè)置在所述第二通口內(nèi)的準(zhǔn)直模塊、掃描模塊與透鏡模塊以及設(shè)置在所述第一端的物鏡模塊；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像探頭，其特征在于，所述物鏡模塊與所述第一端可拆卸連接；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像探頭，其特征在于，所述候選物鏡或所述成像探頭的第一端設(shè)置有齊焦距離調(diào)整裝置，其中，所述齊焦距離包括物鏡長度轉(zhuǎn)接環(huán)和/或長度調(diào)節(jié)裝置，所述候選物鏡在成像時的焦平面相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像探頭，其特征在于，所述掃描模塊包括掃描振鏡，其中，所述掃描振鏡用于控制所述激發(fā)光的出射角度，所述掃描振鏡處的激發(fā)光與所述掃描振鏡的夾角為銳角；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成像探頭，其特征在于，所述掃描振鏡與第一方向的夾角為20°，其中，所述第一方向?yàn)樗鐾哥R模塊的延伸方向。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像探頭，其特征在于，所述成像裝置還包括設(shè)置在所述準(zhǔn)直模塊與所述掃描模塊之間的電動變焦模塊，所述電動變焦模塊用于改變所述激發(fā)光的屈光度，調(diào)整所述激發(fā)光的焦平面深度，以確定不同焦平面深度的光學(xué)信號，其中，所述不同焦平面深度的光學(xué)信號用于確定三維模型。

11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像探頭，其特征在于，所述成像裝置還包括光遺傳模塊，其中，所述光遺傳模塊用于釋放光遺傳光束并在所述物鏡模組處匯入所述激發(fā)光路，并在所述焦平面的聚焦深度處形成光遺傳刺激區(qū)域，所述光遺傳刺激區(qū)域覆蓋所述焦平面；

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像探頭，其特征在于，所述光遺傳光源能提供至少兩種光遺傳光束，所述光遺傳光源被配置為光遺傳光纖、可更換光遺傳激光器以及光遺傳激光器組中的一種；

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像探頭，其特征在于，所述成像探頭還包括沿所述光學(xué)信號的傳播方向依次設(shè)置的分束模塊、至少兩個光學(xué)探測器以及傳輸線纜，其中，所述傳輸線纜與各個光學(xué)探測器連接，所述分束模塊的光信號分束與所述光學(xué)探測器一一對應(yīng)，所述光學(xué)探測器被配置為微型探測器；

14.一種基于多光子深度成像的成像設(shè)備及其成像探頭，其特征在于，所述成像設(shè)備包括成像主機(jī)、至少兩個激光器、分束模塊、至少兩個光學(xué)探測器以及權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的成像探頭；

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N基于多光子深度成像的成像設(shè)備及其成像探頭，通過采用分體式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一種微型化的成像探頭。在成像時，可以將成像探頭與成像對象固定連接，通過激發(fā)光在成像對象內(nèi)部激發(fā)多光子效應(yīng)從而采集成像對象內(nèi)部的光學(xué)信號，以檢測成像對象內(nèi)的內(nèi)部情況。特別地，本申請?jiān)诔上裉筋^內(nèi)設(shè)置有多個輸入光纖，在多光子成像過程中同時提供多個波長的激光，使光學(xué)信號可以同時包括響應(yīng)于不同波長激發(fā)光的光信號分量，同時激發(fā)并檢測不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，在探頭內(nèi)部，各個波長的激光通過耦合模塊進(jìn)行合束處理，形成復(fù)合激光，由此，對復(fù)合激光的后續(xù)處理與激發(fā)光類似，進(jìn)一步簡化了成像探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳潤龍,趙春竹,胡炎輝,王愛民,程和平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京超維景生物科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6