一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头的制作方法

本申请涉及多光子成像，具体涉及一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头。

背景技术：

1、多光子深度成像是一种基于多光子的非线性光学效应进行深度成像的技术，具体地，多光子成像利用多个光子同时与物质相互作用时产生的各种非线性现象和效应来产生对应的光学信号，从而进行深度扫描成像。例如，多光子深度成像的非线性光学效应包括二次谐波产生（shg）、三次谐波产生（thg）、双光子激发荧光（tpef）、三光子激发荧光（3pef）以及相干反斯托克斯拉曼散射（cars）等。

2、在实际应用中，因为多光子成像的成像设备内部光路复杂，往往依赖于大型设备实现。由此，如何基于微型设备实现多光子成像技术并呈现较好的成像效果是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种成像设备通过探头与主机的分体设计，实现了探头的微型化，同时用于传输激发光的输入光纤具有满足多光子成像需求的目标带宽，能携带包含不同波长分量的复合激光，提高了探头的成像效果，从而解决上述技术问题。

2、第一方面，本申请提供一种成像探头，成像探头应用于基于多光子深度成像的成像设备，成像探头通过光电复合线缆与成像设备的成像主机连接，成像探头包括壳体、至少两个输入光纤、耦合模块以及基于多光子深度成像的成像装置。

3、壳体的一端设置有第一通口并用于与待测生命体固定连接，另一端设置有第二通口，第一通口分别与第二通口连通；其中，至少两个输入光纤、耦合模块依次设置在第二通口内，成像装置设置在第一通口处。

4、至少两个输入光纤、耦合模块以及成像装置成激发光路，其中，至少两个输入光纤用于提供不同波长的至少两个激光，耦合模块用于将至少两个激光合束为复合激光，成像装置用于将复合激光转化为激发光；将激发光聚焦于成像对象的内部聚焦位置，以在内部聚焦位置触发多光子效应；采集多光子效应产生的光学信号；以及变更内部聚焦位置以确定焦平面内各个位置的光学信号，其中，焦平面内各个位置的光学信号用于成像对象在焦平面处的光学图像。

5、第二方面，本申请提供一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头，成像设备包括成像主机、至少两个激光器、分束模块、至少两个光学探测器以及第一方面所述的成像探头。

6、成像主机至少容纳至少两个激光器，激光器用于提供满足成像要求的激光并通过成像探头中对应的输出光纤传输到成像探头，其中，至少两个激光器中各个激光器释放激光的波长不同。

7、成像探头内置耦合模块以及基于多光子深度成像的成像装置，耦合模块用于将多个激光转化为复合激光，成像装置用于将复合激光转化为激发光；将激发光聚焦于成像对象的内部聚焦位置，以在内部聚焦位置触发多光子效应；采集多光子效应产生的光学信号；以及变更内部聚焦位置以确定焦平面内各个位置的光学信号，其中，焦平面内各个位置的光学信号用于成像对象在焦平面处的光学图像。

8、分束模块用于将光学信号分束为至少两个光信号分束，光学探测器用于接收对应的光信号分束并检测对应的光信号分束的信号强度，其中，光信号分束反映多光子效应产生的光学信号在各个波长的信号分量，光信号分束与光学探测器一一对应，光学信号的信号强度反映光学图像中对应像素的像素值。

9、本申请提供一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头，通过采用分体式结构，实现了一种微型化的成像探头。在成像时，可以将成像探头与成像对象固定连接，通过激发光在成像对象内部激发多光子效应从而采集成像对象内部的光学信号，以检测成像对象内的内部情况。特别地，本申请在成像探头内设置有多个输入光纤，在多光子成像过程中同时提供多个波长的激光，使光学信号可以同时包括响应于不同波长激发光的光信号分量，同时激发并检测不同的内部结构。此外，在探头内部，各个波长的激光通过耦合模块进行合束处理，形成复合激光，由此，对复合激光的后续处理与激发光类似，进一步简化了成像探头的内部结构。

技术特征：

1.一种成像探头，其特征在于，所述成像探头应用于基于多光子深度成像的成像设备，所述成像探头通过光电复合线缆与所述成像设备的成像主机连接，所述成像探头包括壳体、至少两个输入光纤、耦合模块以及基于多光子深度成像的成像装置；

2.根据权利要求1所述的成像探头，其特征在于，所述至少两个输入光纤包括合束光纤以及边缘光纤，其中，所述合束光纤中激发光的传播方向与所述复合激光的传播方向一致；

3.根据权利要求2所述的成像探头，其特征在于，所述合束元件为二向色镜，其中，所述合束光纤对应的二向色镜用于透射所述合束光纤对应波长范围的激发光，折射其他波长范围的激发光，所述至少两个输入光纤中其他光纤对应的二向色镜用于折射对应光纤对应波长范围的激发光，透射其他波长范围的激发光。

4.根据权利要求2所述的成像探头，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调整偏振方向，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂直。

5.根据权利要求1所述的成像探头，其特征在于，所述成像装置包括沿所述激发光的传播方向依次设置在所述第二通口内的准直模块、扫描模块与透镜模块以及设置在所述第一端的物镜模块；

6.根据权利要求5所述的成像探头，其特征在于，所述物镜模块与所述第一端可拆卸连接；

7.根据权利要求6所述的成像探头，其特征在于，所述候选物镜或所述成像探头的第一端设置有齐焦距离调整装置，其中，所述齐焦距离包括物镜长度转接环和/或长度调节装置，所述候选物镜在成像时的焦平面相同。

8.根据权利要求5所述的成像探头，其特征在于，所述扫描模块包括扫描振镜，其中，所述扫描振镜用于控制所述激发光的出射角度，所述扫描振镜处的激发光与所述扫描振镜的夹角为锐角；

9.根据权利要求8所述的成像探头，其特征在于，所述扫描振镜与第一方向的夹角为20°，其中，所述第一方向为所述透镜模块的延伸方向。

10.根据权利要求5所述的成像探头，其特征在于，所述成像装置还包括设置在所述准直模块与所述扫描模块之间的电动变焦模块，所述电动变焦模块用于改变所述激发光的屈光度，调整所述激发光的焦平面深度，以确定不同焦平面深度的光学信号，其中，所述不同焦平面深度的光学信号用于确定三维模型。

11.根据权利要求5所述的成像探头，其特征在于，所述成像装置还包括光遗传模块，其中，所述光遗传模块用于释放光遗传光束并在所述物镜模组处汇入所述激发光路，并在所述焦平面的聚焦深度处形成光遗传刺激区域，所述光遗传刺激区域覆盖所述焦平面；

12.根据权利要求11所述的成像探头，其特征在于，所述光遗传光源能提供至少两种光遗传光束，所述光遗传光源被配置为光遗传光纤、可更换光遗传激光器以及光遗传激光器组中的一种；

13.根据权利要求1所述的成像探头，其特征在于，所述成像探头还包括沿所述光学信号的传播方向依次设置的分束模块、至少两个光学探测器以及传输线缆，其中，所述传输线缆与各个光学探测器连接，所述分束模块的光信号分束与所述光学探测器一一对应，所述光学探测器被配置为微型探测器；

14.一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头，其特征在于，所述成像设备包括成像主机、至少两个激光器、分束模块、至少两个光学探测器以及权利要求1～13中任一项所述的成像探头；

技术总结本申请提供一种基于多光子深度成像的成像设备及其成像探头，通过采用分体式结构，实现了一种微型化的成像探头。在成像时，可以将成像探头与成像对象固定连接，通过激发光在成像对象内部激发多光子效应从而采集成像对象内部的光学信号，以检测成像对象内的内部情况。特别地，本申请在成像探头内设置有多个输入光纤，在多光子成像过程中同时提供多个波长的激光，使光学信号可以同时包括响应于不同波长激发光的光信号分量，同时激发并检测不同的内部结构。此外，在探头内部，各个波长的激光通过耦合模块进行合束处理，形成复合激光，由此，对复合激光的后续处理与激发光类似，进一步简化了成像探头的内部结构。技术研发人员：吴润龙,赵春竹,胡炎辉,王爱民,程和平受保护的技术使用者：北京超维景生物科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6