CN105748040B - 立体结构功能成像*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种立体结构功能成像***，包括：频域光相干断层成像子***，以低相干光作为光源，将光源通过偏振控制器后输入到耦合器，分光到参考臂和样品臂后返回到耦合器以形成相干光场；荧光成像及光谱分析子***，可具有多个可选光源，在光机部分对光路进行调节，得到预设功率的光源，将该光源耦合到频域光相干断层成像子***的样品光路中；前端扫描结构子***，用于将荧光成像及光谱分析子***的光源和频域相干断层成像子***的样品光耦合到同一光路中，使用二维扫描振镜对出射光扫描以形成二维结构的点阵图像，并据此构成包含表面荧光信号和结构断层立体图像。本发明具有分辨率高、成本低、***稳定性好、可靠性高及无创成像的优点。
Description
技术领域
本发明涉及医疗影像技术领域，特别涉及一种立体结构功能成像***。
背景技术
中枢神经***病变已成为威胁人类生命的一大杀手，因其引起的高致死率和致残率而备受人们关注。目前，手术是根治中枢神经***病变、肿瘤的首选方法，而高分辨率的结构和功能影像将会为手术提供精准的引导。由于目前的影像学分析检测诊断手段存在分辨率低、有放射性、单一的结构功能成像等缺点，因此开发无辐射、高分辨率、集成结构功能成像的设备是至关重要的，而结构功能的成像是解决上述问题的重要手段。
目前常用的术中辨识病变、肿瘤的方法主要是术中超声、术中X线、冰冻切片分析、印片细胞学等分析方法，但是这些方法都有各自的缺点和局限性。术中超声探测需要接触并还需要增加耦合剂，同时空间分辨率只能达到毫米级，很难精准的判别肿瘤与病变；术中X线的分辨率也比较低，且具有放射性，同时灵敏度较低特异性也比较低；冰冻切片耗时长、成本高；印片细胞分析只能检测到表面的组织，对深层组织却无法检测。因此目前的检测方法还需要不断地改进和提高。近年来光声成像逐步成为研究热点，但是光声成像上百微米的空间分辨率对于精准的细胞层面上来说也相对较低。
频域光相干断层成像(Frequency Domain-Optical Coherence Tomography，FD-OCT)是提供了组织器官的立体结构成像模式。FD-OCT的基本原理是众所周知的，使用近红外的光源，能实现组织的诊断图像具有10-20um的空间分辨率，能对组织实现高分辨率、无创、非接触式、无辐射的图像采集，并能达到实时地对生物组织辨识和分析。目前，基于FD-OCT的成像***已广泛应用于眼科、皮肤、血管内科等病变的诊断上。
目前，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是功能成像的主流技术，但是如上所述，其成像分辨率较低，对精准的病变识别比较难确定。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种立体结构功能成像***，该***具有分辨率高、成本低、稳定性好、可靠性高及无创成像的优点。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种立体结构功能成像***，包括：频域光相干断层成像子***，所述频域光相干断层子***采用低相干光作为光源，并将所述光源通过偏振控制器后输入到耦合器，通过所述耦合器分光到参考臂和样品臂后返回到所述耦合器以形成相干光场，并采用光谱仪和CCD采集所述相干光场并在外部主机中存储和显示；荧光成像及光谱分析子***，所述荧光成像及光谱分析子***具有多个可选光源，对所述多个可选光源的光路通过光机单元调节，得到预设功率的光源，并将所述预设功率的光源耦合到所述频域光相干断层成像子***的样品光路中；前端扫描结构子***，所述前端扫描结构子***用于将所述荧光成像及光谱分析子***的光源和所述频域相干断层成像子***的样品光耦合到同一光路中，并使用二维扫描振镜对出射光扫描以形成二维结构的点阵图像，并根据所述二维结构的点阵图像构成一个包含表面荧光光谱信号和具有深度的结构断层立体图像。
根据本发明实施例的立体结构功能成像***，结合立体结构成像和功能成像及两种影像的融合成像，既可以对生物软组织尤其是脑组织及脑干组织的立体结构功能成像，又可以分别采集频域光相干断层成像和荧光高光谱图像，同时还能采集术中的实时成像。微米级的立体结构影像对精准诊断的分析提供精确引导，肿瘤、病变等组织光学特性和光谱特性相对于正常组织都会有变化；功能影像能对组织在发病之前提取组织信号的变化，在发病前预测病变的产生，并对病变程度和范围做出评估，对肿瘤的早期筛查提供可行的光学理论依据。立体结构功能成像技术对病变组织功能区可检测组织的病变代谢信号、神经中枢的皮层兴奋传导等，尤其是在脑功能区定位和临床神经中枢***作用机制方面提供重要的研究途径；同时其为探测生物组织的功能偶联性和病理学机制方面提供光学理论依据。该***适用于神经外科手术中的病变识别和检测，具有体积小、使用灵活、操作方便、集成度高、分辨率高、成本低、稳定性好、可靠性高及无创成像的优点。
另外，根据本发明上述实施例的立体结构功能成像***还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述立体图像的大小由显微镜的放大倍率决定，所述立体图像的表面图像空间分辨率由所述显微镜的放大倍率和光斑尺寸决定，所述立体图像的表面影像纵向分辨率由所述频域光相干断层成像子***的光源相干长度决定。
在一些示例中，所述荧光成像及光谱分析子***包括光电倍增管探测器和成像光谱仪，其中，所述成像光谱仪用于将荧光信号通过光栅进行分光，并将分光后的荧光信号通过所述光电倍增管探测器传输到外部主机进行存储和显示。
在一些示例中，所述荧光成像及光谱分析子***具有第一至第四光源接口，其中，所述第一至第四光源接口对应连接不同波长的第一至第四荧光激发光源。
在一些示例中，所述第一至第四荧光激发光源通过光纤与所述前端扫描结构子***相连，其中，所述前端扫描结构子***包括第一滤波器、第二滤波器、功率衰减器和荧光激发光接收单元，所述第一滤波器与所述荧光激发光接收单元相连，用于高通所述荧光激发光源的光信号，高反所述频域光相干断层成像子***的样品反射光。
在一些示例中，所述荧光激发光接收单元由光谱仪和光电倍增管探测器构成。
在一些示例中，所述样品光经过光纤连接后直接到达所述前端扫描结构子***，并通过第二滤波器和所述第一滤波器之后连接到振镜后经过扫描物镜到达样品，其中，所述第一滤波器高反所述频域光相干断层成像子***的样品光，高反所述荧光成像及光谱分析子***的激发光，所述第二滤波器高通所述频域光相干断层成像子***的光源，高反所述荧光成像及光谱分析子***的光源光。
在一些示例中，所述频域光相干断层子***的光源为带宽光源，所述带宽光源的中心波长为1310nm，所述带宽光源的带宽为60nm。
在一些示例中，所述耦合器的分光比为50：50，所述耦合器将所述光源的信号分为参考光和样品光。
在一些示例中，所述前端扫描结构子***由单维或者二维振镜***构成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的立体结构功能成像***的结构原理示意图；
图2是根据本发明一个实施例的荧光成像及光谱分析子***的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的频域光相干断层成像子***的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的前端扫描结构子***的狗示意图；以及
图5是根据本发明一个实施例的立体结构功能成像***的***框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的立体结构功能成像***。
图1是根据本发明一个实施例的立体结构功能成像***的结构原理示意图。如图1所示，根据本发明实施例的立体结构功能成像***包括：频域光相干断层成像子***1(FD-OTC)、荧光成像及光谱分析子***2和前端扫描结构子***3。其中，频域光相干断层成像子***1、荧光成像及光谱分析子***2及前端扫描结构子***3的光路结构可耦合为一个可变换调节的光路，也可以单通道实现各自的光路输出，均能实现两个图像的采集。
具体地，频域光相干断层成像子***1采用低相干光作为光源，并将光源经过偏振控制器(进行偏振)后输入到耦合器，通过耦合器分光到参考臂和样品臂后返回到耦合器以形成相干光场，并采用光谱仪和CCD采集相干光场并在外部主机中进行存储和显示。更为具体地，在一些示例中，如图3所示，频域光相干断层子***1的光源为带宽光源，该带宽光源的中心波长为1310nm，带宽光源的带宽为60nm，光谱仪采用成像光谱仪(OCTS-1280-1310-1340,BaySpec Co.)，该成像光谱仪包含了高速扫描OCT摄像头，线扫描速率最好91911/sec。频域光相干断层成像子***1使用频域光相干断层成像，减少了扫描时间，采用振镜扫描完成整个区域扫描过程。其中，如图3所示，频域光相干断层成像子***1经过宽带光源经过三桨偏振控制器，连接到耦合器，耦合器具有50：50的分光比，并将光源的信号分为参考光和样品光，之后分别进入到各自的通道。在参考臂一端，参考光经过透镜聚焦后照射在反射镜上按照原光路返回。
具体地说，频域光相干断层成像在脑组织的运用也正在逐步成为研究热点，因其成像的分辨率很高、无创无辐射的成像方式，尤其是在肿瘤识别的成像中体现了较大优势。结构影像是采用点扫描的方式来重建，每一个点就是一个像素，同时每一个点还有一定的深度信息，即表示了立体结构影像。
在图像重建过程中，首先需要将函数i(h)确定，其中像函数如下式：
式中，分束器的功率反射率和功率透射率分别为R和T，若分束器是理想的，则T+R＝1；Ri是i点的背向功率散射率，A为h＝0时最大振幅，g表示高斯函数。上式中TRA2Rr|g(h)|表示参考光源的图像，TRA2∑iRi|g(h)|表示样品光源的图像，也就是直流项，和分别表示引起样品深度所有层析面中任意两面的背向散光波之间干涉的“光源”的图像(“自相关”项)与其镜像，和分别表示引起样品深度有所有层析面的背向散光波与参考光波之间互干涉的“光源”的图像(“互相关”项)与其镜像。
对实数数据(CCD采集到的干涉光功率谱)进行傅里叶变换形成了“自相关”项的镜像和“互相关”项的镜像。上式(1)的第五项(“互相关”项)才是样品所需要的有用的图像信息，g(h-hi)决定样品轴向深度i点的图像位置与轴向分辨率的信息。样品深度i点的图像不是一个理想的点，而是以h＝hi(在光程差空间域上)处为中心的长度为lc的短线，且此短线上的灰度呈高斯分布，它的系数决定图像的灰度，图像的灰度决定因素为样品层析面的背向功率散射率、光源输出功率和参考臂的功率反射率。因为|g|函数决定样品轴向所有散射点的真实图像及寄生图像的位置与图像分辨率，它的系数决定图像的灰度，所以将|i(h)|称为SDOCT图像函数。
也就是说，频域光相干断层成像子***1通过傅里叶变换实现深度的结构信息提取，该信息包含了组织的形态结构上信息，此信息包含了生物组织表面的结构信息，同时提供了深度信息，得到三维立体结构影像。对脑及脑干的肿瘤而言，据其结构的异型性，即细胞形态和组织结构的特异性，采用深度相关的频域光相干断层成像子***1对其成像，同时采用光学在组织中的衰减特征，精准分辨肿瘤实质、肿瘤间质和正常组织的结构。
荧光成像及光谱分析子***2具有多个可选光源，对多个可选光源的光路进行调节，得到预设功率的光源，即降低光源功率，并将预设功率的光源耦合到频域光相干断层成像子***1的样品光路中。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，荧光成像及光谱分析子***2包括光电倍增管PMT探测器和成像光谱仪，其中，成像光谱仪例如为Monochromator-SpectrograohMS2004i(SOL instruments)成像光谱仪，用于将荧光信号通过其中的光栅进行分光，并将分光后的荧光信号通过PMT探测器传输到外部主机进行存储和显示。其中，成像光谱仪通过光纤-光谱仪适配器连接。
进一步地，如图2所示，荧光成像及光谱分析子***2具有四个光源接口，即第一至第四光源接口，其中，第一至第四光源接口通过对应连接不同波长的第一至第四荧光激发光源。
具体地说，在荧光成像及光谱分析子***2中，高光谱成像采用的是光电倍增管(PMT)和光谱仪，同时增加了图像的实时存储和分析。在光源部分，设计增加了多个接入口(如上述的第一至第四光源接口)，可连接不同波长和不同功率的光源，针对目前常用的荧光试剂，主要包含有5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，5-ALA)、黄荧光、吲哚氰绿(Indocyanine green，ICG)，它们的光源波长是不尽相同的，其中在发明的成像设备中，主要根据病人、病理的实际临床情况而使用。
由于病变组织对荧光具有不同的效应，尤其是在不同的光源下，激发光也是不相同的。因此根据光谱谐波分析得到光谱分量，包含谐波余项、振幅、相位，光谱空间的段数用t表示，周期用L表示，展开变换为：
式中，t表示波段号数，L表示波段总数，光谱矢量为(S1,S2...,SL)T，M0表示谐波余项，h表示谐波分析次数，Ah表示振幅，表示第h次谐波的初始相位。
也就是说，荧光成像及光谱分析子***2主要提供了组织的表面的结构及其功能信息，尤其是对于浅层精细的动脉血管和神经等功能性强的结构，能提供丰富的辨识组织功能信息，从而精准的分辨此生物组织结构。对于肿瘤组织而言，尤其是脑肿瘤中血管分布集中、肿瘤实质和间质较充分的部分，精准的结构信息和全面的功能信息将会为肿瘤判断及其切除提供较强的保证。
另外，荧光成像及光谱分析子***2在提供光谱分析的同时还能提供高光谱图像的采集实施。频域光相干断层成像子***1与荧光成像及光谱分析子***2共用光路部分。共用光路是频域光相干断层成像子***1和荧光成像及光谱分析子***2的基本光路，在频域光相干断层成像子***1中属于样品光路部分，在荧光成像及光谱分析子***2中是前端采集的光路结构。其中包含了扫描控制部分，其方式使用的是点扫描，并采用蛇形扫描完成二维面阵扫描。在集成光路中主要考虑的是荧光光源、荧光激发光、频域光相干断层成像光源和样品反射光在光路子***中的光路部分，根据波长、功率采用不同的滤波器，使用功率调节器(衰减器等)将其调节在光路安全范围内。
进一步地，荧光成像及光谱分析子***2对光路和驱动扫描的设计，对于频域光相干断层成像子***1和光电探测器件(PMT)的图像/信号采集的速度而言，扫描结构必须保证能够与其保持一致，即能够在扫描不同位置的时候同时采集存储图像，保证图像的实时性并降低冗余信息。因此，图像的采集需要设计合适的探头，并提供一定的运动扫描功能将整体区域做全面的采集。
前端扫描结构子***3用于将荧光成像及光谱分析子***2的光源和频域相干断层成像子***1的样品光耦合到同一光路中，并使用二维扫描振镜对出射光进行扫描处理以形成二维结构的点阵图像，根据二维结构的点阵图像构成一个包含表面荧光信号和结构断层图像的立体图像。其中，该立体图像的大小由显微镜的放大倍率决定，该立体图像的表面图像空间分辨率由显微镜的放大倍率和光斑尺寸决定，该立体图像的表面图像纵向分辨率由频域光相干断层成像子***1的光源相干长度决定。其中，前端扫描结构子***3例如由单维或者二维振镜***构成。在本示例中，优选二维振镜扫描***，单次扫描的区域大并且节省时间。
在本发明的一个实施例中，结合图4所示，上述的第一至第四荧光激发光源通过光纤与前端扫描结构子***3(即光机单元)相连，其中，前端扫描结构子***3包括第一滤波器、第二滤波器、功率衰减器和荧光激发光接收单元，其中，第一滤波器与荧光激发光接收单元相连，且在荧光激发光接收单元之前使用第一滤波器。第一滤波器用于高通荧光激发光源的光信号，高反频域光相干断层成像子***的样品反射光，反射样品光的反射光，从而对的生物组织成像。其中，荧光激发光接收单元例如由光谱仪和光电倍增管PMT探测器构成。
其中，荧光光源光需要经过前端振镜扫描***和扫描物镜(显微镜)聚焦之后到达样品，同时，荧光光敏剂经过光源的激发产生激发光从而按照原路返回到采集部件中。其中，扫描物镜是在显微镜中的结构，扫描物镜放大倍数为10倍。连接显微***构成可选的正置或倒置镜形成多样选择成像***。
荧光图像和荧光高光谱使用硬件加速，在GPU上实现高光谱的成像速度的提高。
其中，样品光经过光纤连接后直接到达前端扫描结构子***3(光机单元)，并通过第二滤波器和第一滤波器之后连接到振镜后经过扫描物镜(显微镜)到达样品，其中，第一滤波器高反频域光相干断层成像子***1的样品光，高反荧光成像及光谱分析子***2的激发光，第二滤波器高通频域光相干断层成像子***1的光源，高反荧光成像及光谱分析子***2的光源光。
进一步地，样品光经过样品反射后原路返回，通过第一滤波器和第二滤波器(即图中的滤波器1和2)进入频域光相干断层成像子***1，由此与参考光形成干涉从而得到样品的深度信息进而得到其深度结构成像，激发荧光通过第一滤波器进入荧光成像及光谱分析子***2实现荧光光谱的分析。
进一步地，在具体实施过程中，本发明实施例的立体结构功能成像***提供了多种不同种类的显微子***，在显微子***中扫描物镜的倍率可调节，因此也可改变生物组织的横向和纵向的空间分辨率，即增加了视场的可调节性。显微子***中可集成共用光路部分，即能将荧光光谱分析光路和频域光相干断层成像***的光路耦合到一个光路，经过扫描物镜后对生物组织成像，因此达到厘米级的区域扫描，结合探头设计达到更大的区域扫描得到整个手术区域的成像，从而给医生精准的图像引导手术。
以下描述关于本发明实施例的将立体结构影像和功能影像的融合的特点。基于频域光相干断层成像的深度结构影像和基于荧光高光谱的平面结构四维图像和光谱信息影像的融合是高精度诊断的基础，将结构影像和功能影像的基本特征信息提取，将平面二维功能结构信息和三维结构的点信息精准配准后实现图像的融合分析；并将病变的信息提取，实现结构功能病变的辨识。目前常用的基于像素级的融合方式，图像采用二维结构显示后用不同的变换处理，后经过一定的组合规则实现综合，然后采用逆变换对操作恢复融合后的图像。其次，基于特征级的图像融合使用图像特征、像素的充分统计量或表示量、目标边缘信息、方向等信息，对其分类组合处理后融合。本***中的图像融合通过像素级和特征级的融合方式得到，由于二维荧光图像和三维的光相干断层图像的维度不相同，采用二维的光相干断层图像与荧光图像做变换之后融合是本发明的优选实施例。
对图像的简单融合估计是采用加权模式，即：
F(x,y)＝Wa*A(x,y)+Wb*B(x,y) (3)
其中，F表示融合后的影像，A表示OCT的表面结构影像，B表示荧光影像，Wa表示A影像的权重，Wb表示B影像的权重。
进一步地，图像融合还可以根据小波变换对影像的时频联合分析结果提出更深层分析：将OCT表面影像A和荧光影像B使用小波分析，使其分别获得多尺度和多分辨率的高频和低频分量，对应的高频分量和低频分量根据不同的融合规则得到融合效果影像。
图像融合首先需要对源图像进行小波分解，假设源图像的变换系数可以由式(4)、(5)来表示：
其中，F表示融合后的影像，A表示OCT的表面结构影像，B表示荧光影像，和是低频子带系数，Ci,j(x,y)是第i层分解第j方向子带的变换系数，即高频子带系数，分别对变换后的低频和高频子带系数采取不同的融合规则计算融合后的系数。
因为低频子带系数表示了图像的概貌信息，对于多聚焦图像采用平均规则对其进行处理：
其中和分别表示源图像中对应位置的低频子带系数。
由于图像中的细节信息如边缘、纹理等由高频系数表示，需要尽量选择源图像中清晰的部分来获得融合系数，因此在该示例中，选择权值法对高频系数融合：
其中α是权系数，在本发明的实施例中，α权值计算由全变分模型式(8)确定，然后进行多尺度小波逆变换来复原图像。
如上分析，本发明的实施例采用了结构功能影像的融合分析方式，对立体结构的功能影像采用体绘制方式将三维结构数据精准分析。
进一步地，图5所示是立体结构功能成像***框图。该立体结构功能成像***通过对结构和功能影像的分析，能提供生物组织的光学特性和光谱特性，光学特性包括具有衰减特性和荧光代谢的光谱特性。
在具体实施例中，本发明的立体结构功能成像***可以应用于眼科、皮肤、乳腺肿瘤、肝胆胰腺肿瘤、牙科、心血管内科、肠胃、泌尿科等的微创成像及手术。该成像***包括高分辨率的结构和功能影像***，其能提供清晰的解剖形态结构和脑部功能。OCT和荧光影像与高光谱分析能分别用于无创无辐射生物组织的深度信息结构影像和功能影像从而形成生物学分辨率的3维立体结构功能影像。本***成像包括了组织的深度信息、解剖形态结构、光衰减特性、血氧浓度、血流量光谱及其生物组织光谱特征等信息，***集成振镜扫描及光纤扫描式的前端驱动扫描结构和光路结构形成点扫描方式。该成像***包含了不同层级的图像融合及图像理解算法。通过对生物组织包括脑及脑干组织的成像分析肿瘤实质、交界区、正常组织，同时将脑部肿瘤及病变精准识别，为手术提供精准的图像引导。
在具体实施例中，该成像***还包括对生物组织的结构功能影像的成像，该结构影像是组织的分层结构和边界结构，功能影像是生物组织中的血管分布状态、形状、血红蛋白含量的检测。
进一步地，该成像***例如还包括对结构功能影像的融合、融合算法分析等，信号分析方式是结合光谱分析和光相干信号的分析，对组织的结构功能辨识。
进一步地，该成像***例如还包括对前端的扫描探头，针对外科手术过程中的病变的成像功能，成像的扫描探头具有大的FOV和水平线性度、垂直线性度等特性；在移动过程中初步识别所扫描的大致位置，经过定位后精准扫描手术区域。
进一步地，该成像***例如还包括采用内窥式的蛇形机器人多端扫描结构，采用柔性机器人对术中的组织做全面的扫描和成像。其中，前端探头使用柔性蛇形机器人对对光纤进行传导，光纤在柔性机器人内随其运动，并在探头前端形成自驱动式扫描。
进一步地，该成像***例如还包括内窥式的前端扫描***，内窥***是经过耦合光路通过光纤传导***进入内窥***并检测生物组织的结构功能影像，其中采用单光纤导入荧光光谱分析***的光源和频域光相干断层成像***的样品光，形成可以前驱式扫描和侧边式旋转扫描从而形成结构功能影像的同时成像。
进一步地，该成像***例如还包括与成像***相适应的治疗方式结构，例如光动力疗法(PDT)、声动力疗法(SDT)等结合形成新型诊疗一体化***。光动力疗法的光源和声动力疗法的声源的功率控制结合成像的实时分辨而对应给出达到治疗效果。
另外，该成像***能够实现对手术微创甚至是无创的成像，对生物组织具有光学衰减特性、荧光影像、荧光光谱特性、、立体结构功能影像和高光谱成像分析，同时还可以结合三维立体显示技术用于手术的实时导航中。
综上，根据本发明实施例的立体结构功能成像***，结合立体的形态结构成像和功能成像及两种影像的融合成像，既可以对软组织尤其是脑组织及脑干组织的立体结构功能成像，又可以分别采集频域光相干断层成像和荧光高光谱图像，同时还能采集术中的实时成像。该***适用于神经外科手术中的病变识别和检测，具有体积小、使用灵活、操作方便、集成度高、分辨率高、成本低、稳定性好、可靠性高及无创成像的优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种立体结构功能成像***，其特征在于，包括：
频域光相干断层成像子***，所述频域光相干断层子***采用低相干光作为光源，并将所述光源通过偏振控制器后输入到耦合器，通过所述耦合器分光到参考臂和样品臂后返回到所述耦合器以形成相干光场，并采用光谱仪和CCD采集所述相干光场并在外部主机中存储和显示；
荧光成像及光谱分析子***，所述荧光成像及光谱分析子***具有多个可选光源，对所述多个可选光源的光路进行调节，得到预设功率的光源，并将所述预设功率的光源耦合到所述频域光相干断层成像子***的样品光路中；以及
前端扫描结构子***，所述前端扫描结构子***用于将所述荧光成像及光谱分析子***的光源和所述频域光相干断层成像子***的样品光耦合到同一光路中，使用二维扫描振镜对出射光扫描以形成二维结构的点阵图像，并根据所述二维结构的点阵图像构成包含表面荧光光谱信号和结构断层立体图像；
其中，所述荧光成像及光谱分析子***具有第一至第四光源接口，所述第一至第四光源接口对应连接不同波长的第一至第四荧光激发光源，所述第一至第四荧光激发光源通过光纤与所述前端扫描结构子***相连，其中，所述前端扫描结构子***包括第一滤波器、第二滤波器、功率衰减器和荧光激发光接收单元，其中，所述第一滤波器与所述荧光激发光接收单元相连，用于高通所述荧光激发光源的光信号，高反所述频域光相干断层成像子***的样品反射光。
2.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述立体图像的大小由显微镜的放大倍率决定，所述立体图像的表面图像空间分辨率由所述显微镜的放大倍率和光斑尺寸决定，所述立体图像的表面影像纵向分辨率由所述频域光相干断层成像子***的光源相干长度决定。
3.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述荧光成像及光谱分析子***包括光电倍增管探测器和成像光谱仪，其中，
所述成像光谱仪用于将荧光信号通过光栅进行分光，并将分光后的荧光信号通过所述光电倍增管探测器传输到外部主机存储和显示。
4.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述荧光激发光接收单元由光谱仪和光电倍增管探测器构成。
5.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述样品光经过光纤连接后直接到达所述前端扫描结构子***，通过所述第二滤波器和所述第一滤波器之后连接到振镜后经过扫描物镜到达样品，其中，所述第一滤波器高反所述频域光相干断层成像子***的样品光，高反所述荧光成像及光谱分析子***的激发光，所述第二滤波器高通所述频域光相干断层成像子***的光源，高反所述荧光成像及光谱分析子***的光源光。
6.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述频域光相干断层子***的光源为带宽光源，所述带宽光源的中心波长为1310nm，所述带宽光源的带宽为60nm。
7.根据权利要求1所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述耦合器的分光比为50：50，所述耦合器将所述光源的信号分为参考光和样品光。
8.根据权利要求5所述的立体结构功能成像***，其特征在于，所述前端扫描结构子***由单维或者二维振镜***构成。
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