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原文传递使用多路复用的扫描时间聚焦的高速深部组织成像系统

专利名称：	使用多路复用的扫描时间聚焦的高速深部组织成像系统
摘要：	一种组织成像系统，包括：用于输出激光脉冲的激光模块、配置为将从激光模块接收的激光脉冲分成多个时间延迟的子脉冲的光学延迟模块、用于将子脉冲从光学延迟模块传送到目标体积的望远镜、和配置为响应于由第一子脉冲和第二子脉冲激发目标体积而收集在目标体积内产生的光子的光电探测器。所述系统还可以包括空间多路复用模块，空间多路复用模块配置为从光学延迟模块接收时间多路复用的激光脉冲，并将时间多路复用的激光脉冲分成包括第一子光束和第二子光束的多个子光束，其中，第一子光束和第二子光束相对于在目标体积内的第一深度处形成的第一图像平面在空间上分离，以及相对于在目标体积内的第二深度处形成的第二图像平面在空间上分离。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	奥地利;AT
申请人：	维也纳大学
发明人：	阿里帕莎·瓦兹里
专利状态：	有效
申请日期：	2017-10-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201780081894.3
公开号：	CN110168351A
代理机构：	北京同达信恒知识产权代理有限公司
代理人：	何月华
分类号：	G01N21/63(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	奥地利维也纳
主权项：	1.一种成像系统，包括：激光模块，所述激光模块用于输出激光脉冲；光学延迟模块，所述光学延迟模块被配置为将从所述激光模块接收的激光脉冲分成包括第一子脉冲和第二子脉冲的多个子脉冲，并且在所述第一子脉冲和所述第二子脉冲之间引入时间延迟；望远镜，所述望远镜用于将所述子脉冲从所述光学延迟模块传送到目标体积；以及光电探测器，所述光电探测器被配置为响应于由所述第一子脉冲和所述第二子脉冲激发所述目标体积而收集在所述目标体积内产生的光子。 2.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述光学延迟模块包括：分束器，所述分束器被配置为将所述激光脉冲分成所述多个子脉冲；以及光学组合器，所述光学组合器用于组合所述第一子脉冲和所述第二子脉冲以形成包括所述第一子脉冲和所述第二子脉冲的时间多路复用的激光脉冲；其中，所述望远镜将所述时间多路复用的激光脉冲传送到所述目标体积。 3.如权利要求2所述的成像系统，其中，所述光学延迟模块还包括至少两个光学路径，所述至少两个光学路径用于通过自由空间传播或通过光纤在所述第一子脉冲和所述第二子脉冲之间引入所述时间延迟。 4.如权利要求2所述的成像系统，其中，所述光学延迟模块还包括：具有第一发散度的第一聚焦透镜，所述第一聚焦透镜用于将从所述分束器接收的所述第一子脉冲聚焦到所述目标体积内的第一深度；以及具有第二发散度的第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜用于将从所述分束器接收的所述第二子脉冲聚焦到所述目标体积内的第二深度。 5.如权利要求4所述的成像系统，还包括：空间多路复用模块，所述空间多路复用模块被配置为从所述光学延迟模块接收所述时间多路复用的激光脉冲，所述空间多路复用模块包括用于将所述时间多路复用的激光脉冲分成多个子光束的分束器，所述多个子光束包括第一子光束和第二子光束，所述第一子光束和所述第二子光束相对于在所述目标体积内的所述第一深度处形成的第一图像平面在空间上分离以及相对于在所述目标体积内的所述第二深度处形成的第二图像平面在空间上分离。 6.如权利要求5所述的成像系统，其中，所述空间多路复用模块还包括扫描器，所述扫描器用于对所述第一子光束和所述第二子光束进行角度偏转，从而所述第一子光束和所述第二子光束分别在所述第一图像平面的第一聚焦区域和所述第二图像平面的第二聚焦区域上被扫描。 7.如权利要求6所述的成像系统，其中，所述激光模块被配置为输出包括以第一重复率和持续时间发射的光脉冲的激光束，并且其中，所述空间多路复用模块还包括控制器，所述控制器被配置为以基于所述第一重复率的速率移动所述扫描器，使得在所述激光模块的连续脉冲的发射之间，由所述激光模块输出的光在所述目标体积内的聚焦光斑在第一方向上偏转大约所述聚焦光斑在所述第一方向上的宽度。 8.如权利要求6所述的成像系统，还包括：时间聚焦光栅，所述时间聚焦光栅用于从所述扫描器接收角度偏转的所述第一子光束和所述第二子光束，并且用于将角度偏转的所述第一子光束和所述第二子光束中的光脉冲分散成它们各自的光谱分量。 9.如权利要求1所述的成像系统，其中，所述光电探测器包括：光电倍增管；以及用于聚焦在所述目标体积内产生的所述光子的透镜阵列。 10.一种成像系统，包括：激光模块，所述激光模块用于输出激光脉冲；空间多路复用模块，所述空间多路复用模块被配置为从所述激光模块接收所述激光脉冲，所述空间多路复用模块包括分束器，所述分束器用于将所述激光脉冲分成包括第一子光束和第二子光束的多个子光束，所述第一子光束和所述第二子光束相对于在目标体积内的第一深度处形成的第一图像平面在空间上分离；望远镜，所述望远镜用于将所述第一子光束和所述第二子光束从所述空间多路复用模块传送到所述目标体积；以及光电探测器，所述光电探测器被配置为响应于由所述第一子光束和所述第二子光束激发所述目标体积而收集在所述目标体积内产生的光子。 11.如权利要求10所述的成像系统，其中，所述空间多路复用模块还包括扫描器，所述扫描器用于对所述第一子光束和所述第二子光束进行角度偏转，从而所述第一子光束和所述第二子光束分别在所述第一图像平面的第一聚焦区域和第二聚焦区域上被扫描。 12.如权利要求11所述的成像系统，其中，所述激光模块被配置为输出包括以第一重复率和持续时间发射的光脉冲的激光束，并且其中，所述空间多路复用模块还包括控制器，所述控制器被配置为以基于所述第一重复率的速率移动所述扫描器，使得在所述激光模块的连续脉冲的发射之间，由所述激光模块输出的光在所述目标体积内的聚焦光斑在第一方向上偏转大约所述聚焦光斑在所述第一方向上的宽度。 13.如权利要求11所述的成像系统，其中，所述空间多路复用模块还包括：时间聚焦光栅，所述时间聚焦光栅用于从所述扫描器接收角度偏转的所述第一子光束和所述第二子光束，并且用于将角度偏转的所述第一子光束和所述第二子光束中的光脉冲分散成它们各自的光谱分量。 14.如权利要求10所述的成像系统，其中，所述光电探测器包括：光电倍增管；以及用于聚焦在所述目标体积内产生的所述光子的透镜阵列。 15.一种用于在目标体积内进行荧光分子的高速成像的方法，所述方法包括：提供脉冲激光束，所述脉冲激光束包括持续时间均小于10ps的脉冲；将所述脉冲激光束的脉冲分成包括第一子脉冲和第二子脉冲的多个子脉冲；在进入所述目标体积的所述第一子脉冲和进入所述目标体积的所述第二子脉冲之间引入时间延迟；以及响应于由所述第一子脉冲和所述第二子脉冲激发所述目标体积而收集在所述目标体积内产生的光子。 16.如权利要求15所述的方法，其中，由所述第一子脉冲和所述第二子脉冲激发所述目标体积包括使用双光子激发方案、三光子激发方案、或其组合激发所述目标体积内的荧光分子。 17.如权利要求15所述的方法，其中，通过自由空间传播或通过光纤在所述第一子脉冲和所述第二子脉冲之间引入所述时间延迟。 18.如权利要求15所述的方法，还包括将所述第一子脉冲和所述第二子脉冲聚焦在所述目标体积内的公共平面上。 19.如权利要求15所述的方法，还包括：将所述第一子脉冲聚焦在所述目标体积内的第一深度处；以及将所述第二子脉冲聚焦在所述目标体积内的第二深度处，所述第二深度不同于所述第一深度。 20.如权利要求19所述的方法，还包括：将所述第一脉冲和所述第二脉冲组合以形成包括所述第一子脉冲和所述第二子脉冲的时间多路复用的激光脉冲；将所述时间多路复用的激光脉冲空间分离成包括第一子光束和第二子光束的多个子光束，所述第一子光束和所述第二子光束相对于在所述目标体积内的所述第一深度处形成的第一图像平面在空间上分离，以及相对于在所述目标体积内的所述第二深度处形成的第二图像平面在空间上分离；以及将空间分离和时间多路复用的所述激光脉冲传送到所述目标体积。 21.如权利要求20所述的方法，还包括：使用扫描器对所述第一子光束和所述第二子光束进行角度偏转，从而所述第一子光束和所述第二子光束分别在所述第一图像平面的第一聚焦区域和所述第二图像平面的第二聚焦区域上被扫描。 22.如权利要求21所述的方法，还包括：以基于所述脉冲激光束的重复率的速率移动所述扫描器，使得在所述脉冲激光束的连续脉冲的发射之间，由激光模块输出的光在所述目标体积内的聚焦光斑在第一方向上偏转大约所述聚焦光斑在所述第一方向上的宽度。 23.一种用于在目标体积内进行荧光分子的高速成像的方法，所述方法包括：提供脉冲激光束，所述脉冲激光束包括持续时间均小于10ps的脉冲；将所述脉冲激光束分成包括第一子光束和第二子光束的多个子光束，所述第一子光束和所述第二子光束相对于在所述目标体积内的第一深度处形成的第一图像平面在空间上分离；将所述第一子光束和所述第二子光束传送到所述目标体积；以及响应于由所述第一子脉冲和所述第二子脉冲激发所述目标体积而收集在所述目标体积内产生的光子。 24.如权利要求23所述的方法，还包括：使用扫描器对所述第一子光束和所述第二子光束进行角度偏转，从而所述第一子光束和所述第二子光束分别在所述第一图像平面的第一聚焦区域和第二聚焦区域上被扫描。 25.如权利要求24所述的方法，还包括：以基于所述脉冲激光束的重复率的速率移动所述扫描器，使得在所述脉冲激光束的连续脉冲的发射之间，由激光模块输出的光在所述目标体积内的聚焦光斑在第一方向上偏转大约所述聚焦光斑在所述第一方向上的宽度。
所属类别：	发明专利