[实用新型]适用于双光子荧光成像的内窥探头及成像系统

说明书

本实用新型公开了一种适用于双光子荧光成像的内窥探头及成像系统。该内窥探头包括沿入射光路依次设置的双包络层光纤、第一微透镜、MEMS微反射镜和第二微透镜；所述双包络层光纤包括由内至外依次设置的纤芯、第一包裹层和第二包裹层，所述纤芯用于传输飞秒激光，所述第一包裹层用于传输样品产生的双光子荧光。该系统包括上述内窥探头、飞秒激光器、第一透镜、平面反射镜、平面二向色反射镜、第二透镜、第三透镜和探测器。本实用新型采用双包络层光纤克服了目前技术中采用双路光纤分别传输飞秒激光和收集荧光信号不能进一步缩小尺寸的困难；采用MEMS微反射镜扫描的灵活设计方案，克服了PZT驱动光纤扫描只能实现前向扫描的局限性。

技术领域

本实用新型涉及双光子内窥显微成像领域，特别涉及一种适用于双光子荧光成像的内窥探头及成像系统。

背景技术

双光子成像技术于1990年被Webb教授的博士生Denk首先报道，它是一种非线性光学成像方法。由于双光子利用在生物组织中具有低散射和吸收的近红外光，因而，这项技术具有低的光漂白和光毒性、超强的组织穿透能力、亚细胞水平的分辨率以及固有的层析能力等优势，从而为实现无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。近年来，双光子成像技术在多个方面得到了极大地发展，不仅在满足神经科学研究的新需求方面取得很大的成功，同时，也在向临床应用研究方面呈现出快速发展的趋势。

在脑神经科学方面，研究人员更希望，在脑神经细胞处于自然生理状态下以细胞分辨率进行长时间的观察，实现动物在清醒自由行为状态下有效地记录神经网络活动。因此，为了更好地满足脑神经科学研究的需求，双光子成像设备目前正往微型化、动物头部可携带的趋势发展。比如北京大学程和平院士团队发展的2.15克重微型双光子显微镜。该微型双光子显微镜由静电驱动MEMS扫描器、高数字孔径微型物镜构成，激光和荧光传输各自使用一根光纤，携带在小鼠头部，获取小鼠自由活动时清晰动态神经网络活动的图像。

在临床应用方面，研究人员更希望，利用内源性(NADH和FAD)光学标志物的双光子荧光成像来实现消化道肿瘤、脑肿瘤以及皮肤癌等多种肿瘤疾病的诊断。然而双光子荧光成像在肿瘤诊断方面的应用研究主要针对离体或活体小动物组织进行的，离真正的临床应用还有很长的路要走。因此，发展内窥双光子成像技术，将是实现无创、在体、原位肿瘤诊断的关键步骤。同时，在实用新型专利《一种用于双光子荧光内窥镜的物镜组，实用新型CN201810015806.6》也阐明，将台式双光子成像技术发展为内窥式双光子成像技术，将会大大推到双光子成像技术在术中肿瘤检测、癌症等医疗领域中的应用。比如，美国约翰霍普金斯大学李兴德团队【Light:ScienceApplications(2017)6,e17082】提供了一种基于压电陶瓷管(PZT)驱动的前向扫描光纤的双光子内窥镜，利用内源性(NADH和FAD)光学标志物，在体获取了无标记小鼠肾缺血再灌注模型的双光子荧光成像。李兴德团队指出，双光子内窥探头一方面能够对管腔器官实现在体、原位、实时的病理学成像，为临床中疾病诊断开辟了新的道路；另一方面，双光子内窥探头还可以作为脑功能基础研究的有力工具，携带在自由活动动物的头部，以高分辨率获取动态神经网络活动过程。

综上分析，无论是在脑科学基础研究领域，还是在临床疾病诊断领域，发展内窥式双光子成像技术将是未来双光子成像技术发展过程中不可阻挡的一种趋势。根据扫描方式不同，内窥探头有MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)微发射镜扫描(程和平院士团队)和PZT驱动光纤扫描(李兴德团队)两种方式。PZT光纤扫描适合前向扫描；而MEMS微发射镜扫描设计灵活，经过简单的光学元件转折光纤，既可以实现前向扫描，也可以实现侧向扫描。目前，已经报道的在双光子成像系统中应用的MEMS微反射镜扫描式内窥探头，采用激发光和信号光分离的结构设计，其尺寸结构相对较大，不利于进一步向内窥式成像发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于双光子荧光成像的内窥探头及成像系统。