一種交叉偏振照相成像裝置及成像方法與流程

本發(fā)明屬于光學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種人體成像裝置及方法。

背景技術(shù)：

對于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)，目前常用的有ct(computedtomography)、pet(positronemissiontomography)、b超以及mri(magneticresonanceimaging)等等。但是上述的方法都有它們的缺陷，ct利用的是高頻高能射線，能對人體組織造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞；pet掃描則伴隨著大量的輻射劑量，甚至致癌風(fēng)險；b超是利用的超聲波，其分辨率很低，易產(chǎn)生漏診，而且孕婦濫查b超可能易致胎兒畸形；mri的確診率不高，對于孕婦以及危重病人不適用，檢查的時間也比較長。

為了解決以上問題，人們開始探索光學(xué)成像這種無損的人體組織探測方法。90年代開始人們發(fā)展了一系列的先進(jìn)光學(xué)取像方法：比如時間分辨透射投影層析成像超短激光脈沖與時間門相結(jié)合的取像方法、雙光子熒光成像、光子密度波方法、空間低頻光共焦掃描透射成像法以及光學(xué)相干層析術(shù)(oct)等。但是由于組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，光學(xué)取像方法還很不成熟。從探測深度、分辨率和實用性等方面綜合評定，目前oct技術(shù)是最有發(fā)展前途的一種，但是目前oct僅僅對于組織結(jié)構(gòu)相對簡單的眼睛有較好的探測結(jié)果，對于復(fù)雜組織成像存在速度較慢、成本高、成像的分辨率低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種速度快、成本低、成像深、無損試樣成像裝置及方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種利用交叉偏振進(jìn)行照相成像的裝置，其結(jié)構(gòu)包括計算機、光源控制器和照相模塊，其中照相模塊包括相機、lcd、偏振光源和檢偏器。相機與載物臺之間放置兩塊不同相位的lcd，并在相機與lcd之間放置檢偏器。計算機經(jīng)由光源控制器控制光源的開關(guān)和切換，相機直接與計算機連接。

偏振光源以一定的傾斜角度照射到樣品上，經(jīng)試樣反射后的光線依次垂直通過lcd、檢偏器后由相機采集，將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。

優(yōu)選地，所述第一lcd和第二lcd的快軸方向為45°，0°。

優(yōu)選地，所述相機和計算機可以用移動設(shè)備代替。

一種基于交叉偏振照相成像裝置的成像方法，步驟如下：

步驟1，將樣品置于顯微鏡的載物臺上；

步驟2，打開光源控制器點亮第一偏振光源和第二偏振光源，利用相機獲得一幅光強圖片，作為未被處理的原始圖像并輸入計算機；

步驟3、改變第一lcd、第二lcd的電壓，拍攝多幅圖像，根據(jù)電壓得出實際的相位延遲量。依據(jù)的關(guān)系式為：

δ1＝-1.5·10^-6·v1²+0.0093·v1-12(2000mv＜v1＜3200mv)

δ2＝-1.6·10^-6·v2²+0.0094·v2-12(2000mv＜v2＜3200mv)

其中δ1和v1為第二lcd的相位延遲量和電壓，δ2和v2為第一lcd的相位延遲量和電壓。

步驟4、利用步驟3所得實際相位延遲量和拍攝到的圖像光強，可以得出斯托克斯參量s0、s1、s2和s3，再由斯托克斯參量得出方位角，橢圓率，橢圓率角，偏振度等信息。所述根據(jù)光強和實際相位延遲量得到斯托克斯參量的關(guān)系式為：

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其顯著的優(yōu)點為：(1)無損試樣：本發(fā)明采用的是光學(xué)成像方法，不需對試樣進(jìn)行表面處理，不會對試樣造成損壞或污染。(2)成本低：本發(fā)明的成本較低，主要是由光學(xué)元件構(gòu)成。(3)分辨率高：由于該方法，利用偏振參數(shù)成像，可以繞開衍射極限，獲得高分辨率的假彩色圖像。(4)效率高：本發(fā)明采用的是光學(xué)成像方法，成像速度快，獲得各種偏振態(tài)下的圖像過程可控制在5分鐘以內(nèi)。

附圖說明

圖1為交叉偏振進(jìn)行照相成像的裝置的基本原理圖。

圖2為本發(fā)明交叉偏振進(jìn)行照相成像的裝置的一種具體實施方式的示意圖。

圖3為本發(fā)明交叉偏振進(jìn)行照相成像的裝置的另一種具體實施方式的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明利用交叉偏振成像，不需要對樣品進(jìn)行染色處理，不會對其造成損傷，并可以通過測量擬合來強化結(jié)果圖的分辨。由于反射成像對樣品的無破壞性，可以用于活體檢測。

具體而言，本發(fā)明交叉偏振非直觀顯微成像裝置如圖1所示，結(jié)構(gòu)包括計算機1、光源控制器2和照相模塊，其中照相模塊包括相機3、第一lcd5、第二lcd6、第一偏振光源7、第二偏振光源8和檢偏器4；相機3在載物臺10的垂直軸向上，兩者之間依次由上到下放置兩塊快軸方向不同的第一lcd5和2號lcd6，并在相機3與第一lcd5之間放置檢偏器4。第一偏振光源7、第二偏振光源8在載物臺10所在的水平面與垂直軸向之間的區(qū)域，并呈對稱分布。計算機1經(jīng)由光源控制器2分別控制第一偏振光源7、第二偏振光源8的開關(guān)和切換，相機3直接與計算機1連接。

第一偏振光源7、第二偏振光源8發(fā)出的光線以一定的傾斜角度照射到樣品9上，經(jīng)試樣反射后的光線依次垂直通過第二lcd6、第一lcd5、檢偏器4后由相機3采集，將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C。

所述第一偏振光源7、第二偏振光源8偏振角度相同且與檢偏器4的偏振角垂直。

所述第一lcd5、第二lcd6的快軸為0°，45°。

所述偏振光源的波段采用可見光波段。

如圖2，所述第一偏振光源7由第一led光源13和第一起偏器12組成，第二偏振光源8由第二led光源14和第二起偏器11組成；第一led光源13、第二led光源14與載物臺10之間分別放置第一起偏器12、第二起偏器11，用于產(chǎn)生偏振光。

如圖3，所述偏振光源還可以是一個直徑大于載物臺10的環(huán)形led陣列光源7，該環(huán)形led陣列光源7置于載物臺10和第二lcd6之間進(jìn)行照射，并且在光源外罩上鍍偏振膜進(jìn)行起偏。

所述相機3和計算機1可以用移動設(shè)備代替。

交叉偏振的基本原理是：自然光通過相互垂直的兩片偏振片，強度會歸零，但是經(jīng)過某角度的起偏器的自然光照射到樣本上，反射后會產(chǎn)生包含各個偏振角度的反射光，再通過檢偏器，會產(chǎn)生一個與檢偏器相同偏振角的圖像。由于經(jīng)過兩次偏振和反射，最后傳輸?shù)接嬎銠C上的圖像的光強會很微弱，但是細(xì)節(jié)得到了凸顯。

本發(fā)明基于交叉偏振照相成像裝置的成像方法，步驟如下：

步驟1，將樣品置于顯微鏡的載物臺上；

步驟2，打開光源控制器(2)點亮第一偏振光源(7)、第二偏振光源(8)，利用相機(3)獲得一幅光強圖片，作為未被處理的原始圖像并輸入計算機(1)；

步驟3、改變第一lcd(5)、第二lcd(6)的電壓，拍攝多幅圖像，根據(jù)電壓得出實際的相位延遲量。依據(jù)的關(guān)系式為：

δ1-1.5·10^-6·v1²+0.0093·v1-12(2000mv＜v1＜3200mv)

δ2＝-1.6·10^-6·v2²+0.0094·v2-12(2000mv＜v2＜3200mv)

其中δ1和v1為第二lcd6的相位延遲量和電壓，δ2和v2為第一lcd5的相位延遲量和電壓。

步驟4、利用步驟3所得實際相位延遲量和拍攝到的圖像光強，可以得出斯托克斯參量s0、s1、s2和s3，再由斯托克斯參量得出方位角，橢圓率，橢圓率角，偏振度等信息。所述根據(jù)光強和實際相位延遲量得到斯托克斯參量的關(guān)系式為：

得到方位角，橢圓率，橢圓率角，偏振度的關(guān)系式為：

本發(fā)明是利用交叉偏振成像。先利用偏振調(diào)制，得到偏振狀態(tài)下的圖像，從中進(jìn)行參數(shù)提取，得到各參數(shù)值進(jìn)行分析。與直接利用遠(yuǎn)場的光強進(jìn)行成像相比，偏振參數(shù)對于物體結(jié)構(gòu)各項異性的變化更加的靈敏，更為重要的是通過利用均方根擬合，篩選出擬合度高于95％的像素點，使得psf寬度變窄，這樣就可以突破光學(xué)成像的衍射極限，大大提高了成像的分辨率。因此，本發(fā)明提供了一種新的光學(xué)成像的方法，該方法基于交叉偏振成像技術(shù)，獲得了高分辨率圖像。

綜合探測方法和所采用的光源，交叉偏振成像提高了成像的分辨率，而且不需要進(jìn)行掃描，不需對樣品進(jìn)行染色，無損樣品，大大節(jié)約了成像效率和成本，

綜上，本發(fā)明主要有四大優(yōu)勢：(1)無損樣品，(2)成像速度快，(3)成本低，(4)成像的分辨率高。