基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜的制作方法

本发明涉及一种病理诊断显微镜，特别是涉及一种基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜。

背景技术：

1、基于病理切片显微成像进行癌症诊断是行业内的金标准。病理诊断显微镜是进行癌症诊断的重要支撑工具，服务于医疗机构、高校、科研院所、生物技术企业等机构，满足其癌症诊断、病理学研究等需求，对人民生命安全和身体健康保障有重要意义。

2、目前，临床上常用的病理诊断成像方法是基于he染色的病理成像显微镜。基于he染色的病理成像显微镜成像分为组织he染色制片、白光照明显微镜成像和医生阅片三个步骤。其中，he染色制片需要进行包括取材、脱水、石蜡包埋、切片、染色和封固等一系列操作。he染色制片完成后，在白光照明显微镜下放大成像，拍摄病理切片图像，最后交由医生进行阅片。医生阅片是通过医生观察图像中组织和细胞的形态，利用经验判断是否为癌症、癌组织区域以及癌症分化等级。但是，上述步骤中，he染色制片的过程较为繁琐，而且，受限于不同地域、设备、人员、染色剂不同，组织细胞形态学特征是否明显有较大差异，难以获得统一标准的组织病理图像。同样，医生阅片的步骤较多依赖医生的经验，比较主观，在一定程度上，难以区分癌变和炎症，无法对早期癌病进行诊断，也无法对癌症分化定量分级等。

3、目前有通过激光发射病理显微镜检测来自病理组织样品的激光发射的方法，该方法是利用对细胞核物质结合特异性的荧光染料对组织样品进行染色，然后放入特制激光光学腔(一对定制高反射率镜片)中进行泵浦光照明，激发生物质激光。荧光分子作为激光泵浦工作物质进行受激发射，荧光分子越多越容易激发，并且由于激光激发的非线性效应，在一定泵浦光强度下只有荧光分子浓度达到一定阈值才能激发出激光。由于癌细胞分裂异常，dna浓度、数量、染色体形态和细胞核形状大小都与正常细胞不同，染色后相较正常细胞会结合更多的荧光分子。癌细胞发光阈值远低于正常细胞，不同分化程度的癌症发光阈值也不同，能否激发激光以及激光发射强度，成为区分癌细胞与正常细胞、癌细胞分化程度的标识。

4、在上述激光发射病理显微镜中，为了同时获得激光发射图像和荧光图像，通常的做法，在成像端放置二向色镜，这样可以在光谱上分离激光发射图像和荧光图像，并同时使用两个相机，用以采集分离开的激光发射图像和荧光图像。同时，为了获得高分辨的图像细节，整个照明和成像集成在一个显微成像系统中。此外，激光发射病理显微镜目前仍处于实验室早期研发阶段，工程化程度不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其包括：激光器、光强调控装置、光束整形装置、扫描装置、显微镜、载物台和彩色相机，其中，

3、激发激光由激光器发出，依次经过光强调控装置、光束整形装置，进入扫描装置，通过扫描装置将物方局部照明区域顺次位移，平铺到彩色相机的整个视野，显微镜将光束缩小后投射到载物台上的待测样本上，待测样本被激发后产生自发辐射荧光和受激辐射激光，荧光自发辐射和激光受激辐射分别经由显微镜放大后，由彩色相机的绿色通道采集而获得激光图像，同时由彩色相机的红色通道采集而获得荧光图像。

4、进一步地，激光器包括为椭圆高斯光的泵浦光源，光束整形装置包括椭圆光整形器、光束平顶器和方形狭缝，其中，椭圆光整形器包括椭球透镜，通过将椭圆高斯光的短轴方向设置为与椭球透镜的汇聚平面平行，用于输出圆形高斯光，圆形高斯光再由光束平顶器整形为平顶光，之后输入方形狭缝，最后由方形狭缝输出方形光。

5、进一步地，椭圆光整形器包括第一椭球透镜和第二椭球透镜，焦距短的第一椭球透镜曲率大的一面朝向激光器，用于接收椭圆高斯光，焦距长的第二椭球透镜曲率大的一面朝向光束平顶器，用于输出圆形高斯光；第一椭球透镜和第二椭球透镜的间距为第一椭球透镜与第二椭球透镜的焦距之和，从而构成f-f系统，输入的椭圆高斯光的短轴方向与第一椭球透镜和第二椭球透镜的汇聚平面均设置为平行关系；第一椭球透镜与第二椭球透镜的焦距比值等于椭圆高斯光的短轴与长轴的长度比值。

6、进一步地，光束平顶器前端面位于第二椭球透镜的后焦面，光束平顶器与第二椭球透镜的间距为第二椭球透镜的一个焦距。

7、进一步地，激光器与光强调控装置之间设置有准直透镜，激光器前端面位于准直透镜的前焦面，将激光器输出的发散光转变为平行光，激光器前端面与准直透镜的间距为准直透镜的一个焦距。

8、进一步地，光强调控装置前端面位于第一椭球透镜的前焦面、同时位于准直透镜的后焦面，光强调控装置前端面与第一椭球透镜的间距为第一椭球透镜的一个焦距，光强调控装置前端面与准直透镜的间距为准直透镜的一个焦距。

9、进一步地，显微镜的物镜的参数设置为与载物台上的载物玻璃组件的厚度相适配，载物玻璃组件中盖玻片的厚度为3mm，载物玻璃组件中载玻片的厚度为3mm。

10、进一步地，每次照明区域大小为进入显微镜前的光束宽度除以显微镜放大倍数。

11、本发明通过产生激光的强度和阈值曲线判断是否为癌症、炎症或正常组织，能够解决包括多模态缺失、易用性、系统稳定性、以及结果一致性等技术问题。

技术特征：

1.一种基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，包括：激光器、光强调控装置、光束整形装置、扫描装置、显微镜、载物台和彩色相机，其中，激发激光由激光器发出，依次经过光强调控装置、光束整形装置，进入扫描装置，通过扫描装置将物方局部照明区域顺次位移，平铺到彩色相机的整个视野，显微镜将光束缩小后投射到载物台上的待测样本上，待测样本被激发后产生自发辐射荧光和受激辐射激光，荧光和激光分别经由显微镜放大后，由彩色相机的绿色通道采集而获得激光图像，同时由彩色相机的红色通道采集而获得荧光图像。

2.如权利要求1所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，激光器包括为椭圆高斯光的泵浦光源，光束整形装置包括椭圆光整形器、光束平顶器和方形狭缝，其中，椭圆光整形器包括椭球透镜，通过将椭圆高斯光的短轴方向设置为与椭球透镜的汇聚平面平行，用于输出圆形高斯光，圆形高斯光再由光束平顶器整形为平顶光，之后输入方形狭缝，最后由方形狭缝输出方形光。

3.如权利要求2所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，椭圆光整形器包括第一椭球透镜和第二椭球透镜，焦距短的第一椭球透镜曲率大的一面朝向激光器，用于接收椭圆高斯光，焦距长的第二椭球透镜曲率大的一面朝向光束平顶器，用于输出圆形高斯光；第一椭球透镜和第二椭球透镜的间距为第一椭球透镜与第二椭球透镜的焦距之和，从而构成f-f系统，输入的椭圆高斯光的短轴方向与第一椭球透镜和第二椭球透镜的汇聚平面均设置为平行关系，以保证平行光进入，平行光输出；第一椭球透镜与第二椭球透镜的焦距比值等于椭圆高斯光的短轴与长轴的长度比值。

4.如权利要求3所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，光束平顶器前端面位于第二椭球透镜的后焦面，光束平顶器与第二椭球透镜的间距为第二椭球透镜的一个焦距。

5.如权利要求4所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，激光器与光强调控装置之间设置有准直透镜，激光器前端面位于准直透镜的前焦面，将激光器输出的发散光转变为平行光，激光器前端面与准直透镜的间距为准直透镜的一个焦距。

6.如权利要求5所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，光强调控装置前端面位于第一椭球透镜的前焦面、同时位于准直透镜的后焦面，光强调控装置前端面与第一椭球透镜的间距为第一椭球透镜的一个焦距，光强调控装置前端面与准直透镜的间距为准直透镜的一个焦距。

7.如权利要求1-6中任一项所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，显微镜的物镜的参数设置为与载物台上的载物玻璃组件的厚度相适配，载物玻璃组件中盖玻片的厚度为3mm，载物玻璃组件中载玻片的厚度为3mm。

8.如权利要求7所述的基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其特征在于，每次照明区域大小为进入显微镜前的光束宽度除以显微镜放大倍数。

技术总结
本发明公开了一种基于彩色相机的多模态多表征激光发射显微镜，其包括：激光器、光强调控装置、光束整形装置、扫描装置、显微镜、载物台和彩色相机，激发激光由激光器发出，依次经过光强调控装置、光束整形装置，进入扫描装置，通过扫描装置将物方局部照明区域顺次位移，平铺到彩色相机的整个视野，显微镜将光束缩小后投射到载物台上的待测样本上，待测样本被激发后产生自发辐射荧光和受激辐射激光，荧光和激光分别经由显微镜放大后，由彩色相机的绿色通道采集而获得激光图像，同时由彩色相机的红色通道采集而获得荧光图像。本发明能够解决多模态缺失、易用性、系统稳定性、结果一致性等技术问题。

技术研发人员：丰帆,姜杉,姚泽山,罗琳
受保护的技术使用者：广东粤港澳大湾区协同创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25