全世界人口中持續(xù)增長的惡性腫瘤及生活方式誘導的疾病迫切需求一種新的、無創(chuàng)的鹃锈、無標記的成像模態(tài)用于早期在體疾病檢測荤胁。這些在體檢測包括常規(guī)的疾病狀態(tài)無創(chuàng)檢測、手術過程中的術中成像等屎债。目前仅政，許多研究表明，聯(lián)合相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)盆驹、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)圆丹、雙光子激發(fā)熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實現(xiàn)離體生物樣本的分子組成和形態(tài)信息的高靈敏和高特異性無創(chuàng)無標記檢測(區(qū)分惡性組織和良性0組織)躯喇。
博覽：2021Light Sci Appl 多模非線性內窺顯微成像探頭利用雙芯雙包層光纖和聚焦組合微光學概念
技術背景：
全世界人口中持續(xù)增長的惡性腫瘤及生活方式誘導的疾病迫切需求一種新的辫封、無創(chuàng)的、無標記的成像模態(tài)用于早期在體疾病檢測廉丽。這些在體檢測包括常規(guī)的疾病狀態(tài)無創(chuàng)檢測倦微、手術過程中的術中成像等。目前正压，許多研究表明欣福，聯(lián)合相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)焦履、雙光子激發(fā)熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡拓劝，可以實現(xiàn)離體生物樣本的分子組成和形態(tài)信息的高靈敏和高特異性無創(chuàng)無標記檢測(區(qū)分惡性組織和良性0組織)。
當前不足：
完成多模非線性顯微鏡有以下挑戰(zhàn)：
(1) 光纖耦合的高功率超快激光源(具有風冷嘉裤、堅固凿将、緊湊、便攜特性)价脾；
(2) 在長距離上的使用光纖進行超短脈沖激光傳輸和信號采集，要求具有低損耗笛匙；
(3) 置于內窺鏡頭端部成像用的超緊湊侨把、快速犀变、精確的掃描儀；
(4) 高性能小型化高數(shù)值孔徑的內窺顯微物鏡秋柄，在雙波段進行校正(因為相干拉曼成像使用兩個光譜不一樣的激光束)获枝。
文章創(chuàng)新點：
基于此，GRINTECH GambH的Ekaterina Pshenay-Severin(第一作者)和萊布尼茨光子技術研究所的Juergen Popp(通訊作者)等人提出了一種結合緊湊型的四波混頻光纖激光器的超緊湊光纖掃描內窺鏡平臺用于多模(CARS/SHG/TPEF)非線性內窺顯微鏡成像骇笔，并證明了在非線性成像應用(如圖像引導手術和在體診斷)中的潛力省店。
研發(fā)的核心部件有:
(1) 便攜式光纖激光；
(2) 一種新型固體光纖笨触，在兩個分離的纖芯中引導激發(fā)激光懦傍，并在外部包層中收集信號；
(3) 共振光纖掃描儀芦劣；
(4) 實現(xiàn)激光復合(recombination)和雙波段顏色校正的內窺顯微物鏡粗俱。
內窺鏡的直徑為2.4mm，硬部長度(rigid length)為39mm虚吟，實現(xiàn)亞微米級空間分辨率寸认，圖像采集速率為1fps，高達65%的超高激光吞吐量串慰。
原理解析：
(1) 系統(tǒng)描述偏塞。如圖1所示，光纖激光器(AFS,Germany)由透鏡L1(f=3mm)準直,由750nm長通濾光片F1從FWM中過濾出CARS波長邦鲫，1050nm短通二向色鏡DC1調整激光功率灸叼，衍射光柵G和透鏡L3(f=4mm)將泵浦光和斯托克斯光耦合進兩個不同的纖芯。樣品信號由雙芯雙包層光纖(DCDC-fiber)傳導掂碱，經二向色鏡DC2偏折引入光電倍增管(PMT),帶通濾光片F2選擇需要的非線性信號(CARS/SHG/TPEF),透鏡L2將光信號聚焦在PMT上怜姿。
(2) 雙芯雙包層光纖。如圖2 疼燥，纖芯1直徑4.8um,截止波長836nm沧卢；纖芯2直徑6.3um，截止波長970nm醉者。分別用于引導795nm泵浦光和1030nm斯托克斯光但狭，內包層摻氟，直徑60um撬即。125um直徑純石英雙包層立磁，被直徑為230um的摻氟聚合物包裹。包層用于信號采集剥槐。
(3) 內窺鏡探頭唱歧。DCDC光纖由諧振壓電掃描引導(作螺旋模式掃描，1240Hz)，經直徑為2mm的GRIN透鏡颅崩，衍射光柵將泵浦光和斯托克斯光組合進入下一步的光路几于，見圖3a。圖3b為泵浦光和斯托克斯光的軸上和離軸場位置的點列圖沿后。圖3d為DCDC光纖圖像中的光線追蹤點列圖沿彭，顯示了相關信號波長 647nm(CARS@2850 cm?1)、515 nm(來自斯托克斯激光器的 SHG@1030 nm)和 550 nm 的前兩個衍射級(TPEF尖滚，光譜范圍 525.5–630.5 nm)喉刘。物鏡設計允許通過兩個直徑分別為60um 和125μm的光纖包層(黃色和藍色圓圈)覆蓋所有三個信號的兩個衍射級的光束。
實驗結果
參考文獻：Pshenay-Severin, E., Bae, H., Reichwald, K. et al. Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept. Light Sci Appl 10, 207 (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-021-00648-w
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