[发明专利]一种超分辨CARS成像方法及系统

说明书

本申请适用于相干反斯托克斯拉曼散射技术领域，提供了一种超分辨CARS成像方法及系统，通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号；通过光纤束传输第二CARS信号，以通过光纤束的色散作用分离第二CARS信号中不同波长的信号；通过光电转换器阵列采集第二CARS信号；通过信号处理装置分析第二CARS信号，获得第二CARS信号的强度和空间分布以及第二CARS信号携带的光谱信息；可以将样品产生的CARS信号的空间分布的表示形式由高斯型点扩展函数转化为双螺旋点扩展函数，提高了轴向分辨率和CARS信号的采集速度，可以实现宽光谱、高速度的光谱探测。

技术领域

本申请属于相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Ramanscattering，CARS)技术领域，尤其涉及一种超分辨CARS成像方法及系统。

背景技术

CARS技术，是一种通过探测分子中的化学键对应的特征光谱，来对分子进行特异性识别的方法，具有非标记、低损伤、高分辨率等优势，在细胞生物学研究以及相关应用领域具有重要的意义。

然而，现有的基于CARS技术的光学系统，由于受到CARS信号的点扩展函数(pointspread function，PSF)的轴向分辨率以及光谱仪的探测速度的限制，而无法实现宽光谱、高速度的光谱探测。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种超分辨CARS成像方法及系统，以解决现有技术中基于CARS技术的光学系统，由于受到CARS信号的点扩展函数的轴向分辨率的限制，而无法实现宽光谱、高速度的光谱探测的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种超分辨CARS成像方法，包括：

通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，所述第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；

通过光纤束传输所述第二CARS信号，以通过所述光纤束的色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号；

通过光电转换器阵列采集所述第二CARS信号；

通过信号处理装置分析所述第二CARS信号，获得所述第二CARS信号的强度和空间分布以及所述第二CARS信号携带的光谱信息和所述样品中化学键的空间分布，所述第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。

本申请实施例的第二方面提供了一种超分辨CARS成像系统，包括探测光路；

相位板，用于对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，所述第一CARS信号的空间分布表示为高斯型点扩展函数；

光纤束，用于传输所述第二CARS信号，以通过色散作用分离所述第二CARS信号中不同波长的信号；

光电转换器阵列，用于采集所述第二CARS信号；

信号处理装置，分别与所述光电转换器阵列中的每个光电转换器电连接，所述信号处理装置用于分析所述第二CARS信号，获得所述第二CARS信号的强度和空间分布以及所述第二CARS信号携带的光谱信息和所述样品中化学键的空间分布，所述第二CARS信号的空间分布表示为双螺旋点扩展函数。

本申请实施例的第一方面通过相位板对样品产生的第一CARS信号进行相位调制得到第二CARS信号，可以将样品产生的CARS信号的空间分布的表示形式由高斯型点扩展函数转化为双螺旋点扩展函数，提高了轴向分辨率；通过光纤束传输第二CARS信号，以通过光纤束的色散作用分离第二CARS信号中不同波长的信号，可以将信号由频域转化为时域，便于获得双螺旋点扩展函数中各点扩展函数的位置信息；通过光电转换器阵列采集第二CARS信号，可以有效提高CARS信号的采集速度；通过信号处理装置分析第二CARS信号，获得第二CARS信号的强度和空间分布以及第二CARS信号携带的光谱信息，最终可以实现宽光谱、高速度的光谱探测。