一种提高多光子成像信号强度的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物光子学领域，尤其涉及一种提高多光子成像信号强度的方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 多光子显微成像（即多光子成像）技术能够对活体生物进行非侵入式的深层组织 成像，具有亚细胞级分辨率和三维成像能力，主要应用于神经学、胚胎学、肿瘤学等领域的 研究人员能够对生物体内或体外组织的形态及生理结构进行可视化成像。
[0003] 多光子成像技术需要η (η大于等于2,且η为整数）个光子同时激发样品，然后发 射出一个焚光光子信号，例如双光子显微成像技术是一种最为常用的多光子成像技术，然 而，采用该技术对于均匀标记的活体小鼠脑成像来说其成像深度最深为1_，这是因为在这 该深度焦点处的信号被表面处产生的背景荧光淹没（即其信号背景比等于1)，也就是说在 该深度下其信号耗尽了。
[0004] 目前，大成像深度下的信号耗尽问题限制了最大成像深度。因此，如何进一步增加 信号强度以实现进一步提高成像深度一直以来就是业界亟需改进的目标。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种提高多光子成像信号强度的方法及 系统，旨在解决现有技术中由于在大成像深度下存在信号耗尽而导致无法进一步提高成像 深度的问题。
[0006] 本发明实施例是这样实现的，一种提高多光子成像信号强度的方法，包括：
[0007] 获取多光子成像的信号强度；
[0008] 在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。
[0009] 优选的，所述多光子成像包括三光子成像以及四光子成像。
[0010] 优选的，所述获取多光子成像的信号强度的步骤包括：
[0011] 利用数值模拟方式，由以下公式计算分别得到所述三光子成像的信号强度和所述 四光子成像的信号强度：
[0012]
[0013]
[0014] 其中，S3、S4分别表不所述三光子成像的信号强度和四光子成像的信号强度， I( P，、φ,Z):.表不柱坐标中的光强分布，V表不对体积积分。
[0015] 优选的，所述在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强 度的步骤包括：
[0016] 在物镜中，在不同类型入射场下保持物镜后的功率恒定，并通过改变物镜填充因 子来计算不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布，其中，所述不同类型入 射场包括平面波以及高斯光束；
[0017] 利用不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布来获取平面波的最 优填充因子或者高斯光束的最优填充因子；以及
[0018] 根据不同类型入射场下的最优填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。
[0019] 优选的，所述平面波的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算 得到：
[0020]
[0021] 所述高斯光束的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得 到：
[0022]
[0023] 其中，E1TO(a )表示线偏振入射光在焦点附近的强度分布，Idepth表示成像深度，U 与表示激发光特征衰减长度，β表示物镜填充程度的填充因子，表示积分角上限，α 表;^光线与光轴的夹角。
[0024] 另一方面，本发明还提供一种提高多光子成像信号强度的系统，包括：
[0025] 信号获取模块，用于获取多光子成像的信号强度；
[0026] 信号增强模块，用于在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的 信号强度。
[0027] 优选的，所述多光子成像包括三光子成像以及四光子成像。
[0028] 优选的，所述信号获取模块，具体用于利用数值模拟方式，由以下公式计算分别得 到所述三光子成像的信号强度和所述四光子成像的信号强度：
[0029]
[0030]
[0031] 其中，S3、S4分别表不所述三光子成像的信号强度和四光子成像的信号强度， T( P，. φ，.ζ)_表不柱坐标中的光强分布，V表不对体积积分。
[0032] 优选的，所述信号增强模块具体包括：
[0033] 计算子模块，用于在物镜中，在不同类型入射场下保持物镜后的功率恒定，并通过 改变物镜填充因子来计算不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布，其中， 所述不同类型入射场包括平面波以及高斯光束；
[0034] 选择子模块，用于利用不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布来 获取平面波的最优填充因子或者高斯光束的最优填充因子；以及
[0035] 增强子模块，用于根据不同类型入射场下的最优填充因子来增强所述多光子成像 的信号强度。
[0036] 优选的，所述平面波的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算 得到：
[0037]
[0038] 所述高斯光束的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得 到：
[0039]
[0040] 其中，E1TO(a )表示线偏振入射光在焦点附近的强度分布，Idepth表示成像深度，U 与表示激发光特征衰减长度，β表示物镜填充程度的填充因子，表示积分角上限，α 表;^光线与光轴的夹角。
[0041] 本发明通过数值模拟证明了在不同IdepthZle比值下具有最优的激光束填充因子， 在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强多光子成像的信号强度，进而进一步提高成像深 度。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明一实施方式中提高多光子成像信号强度的方法流程图；
[0043] 图2为本发明一实施方式中图1所示步骤S12的详细子步骤流程图；
[0044] 图3为本发明一实施方式中在平面波照射时多光子成像的信号强度与填充因子 的仿真测试对比图；
[0045] 图4为本发明一实施方式中在高斯光束照射时多光子成像的信号强度与填充因 子的仿真测试对比图；
[0046] 图5为本发明一实施方式中分别在平面波照射和高斯光束照射中在比值不同的 Upth/X条件下最优填充因子变化趋势图；
[0047] 图6为本发明一实施方式中提高多光子成像信号强度的系统结构示意图；
[0048] 图7为本发明一实施方式中图6所示信号增强模块12的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0050] 本发明【具体实施方式】提供了一种提高多光子成像信号强度的方法，主要包括如下 步骤：
[0051] Sl 1、获取多光子成像的信号强度；
[0052] S12、在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。
[0053] 本发明所提供的一种提高多光子成像信号强度的方法，通过数值模拟证明了在不 同Upth/X比值下具有最优的激光束填充因子，在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强多 光子成像的信号强度，进而进一步提高成像深度。在本实施方式中，该提高多光子成像信号 强度的方法可以应用于生物光子学领域的各个地方，例如可以应用在散射及吸收生物样品 中。
[0054] 以下将对本发明所提供的一种提高多光子成像信号强度的方法进行详细说明。
[0055] 请参阅图1，为本发明一实施方式中提高多光子成像信号强度的方法流程图。
[0056] 在步骤Sll中，获取多光子成像的信号强度。
[0057] 在本实施方式中，所述多光子成像包括三光子成像以及四光子成像，但是，所述多 光子成像并不限于三光子成像和四光子成像，在本实施方式中，所述多光子成像还可以包 括更高阶的η光子成像（η = 5、或者6、或者7、或者8、或者9、···、等等），例如五光子成像、 六光子成像、七光子成像、…、等等依次类推。在本实施方式中，1700nm波段三光子焚光显 微成像技术（即三光子成像）可以突破现有技术中Imm的这一成像深度限制，与其他波段 相比，该三光子成像技术减少了激发光的衰减，并且由于三光子激发是高阶非线性技术，因 此其信号背景比得以提升，例如本发明在活体小鼠脑中获得了超过1.4mm的成像深度，在 成年小鼠的脑中穿过白质层且其成像深度达到海马体，不仅如此，在相同的波段，本发