ES3049400T3 - Multi-mode signal acquisition device and method - Google Patents

Multi-mode signal acquisition device and method

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ES3049400T3
ES3049400T3 ES21868536T ES21868536T ES3049400T3 ES 3049400 T3 ES3049400 T3 ES 3049400T3 ES 21868536 T ES21868536 T ES 21868536T ES 21868536 T ES21868536 T ES 21868536T ES 3049400 T3 ES3049400 T3 ES 3049400T3
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multimodal
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Bingwei Xu
Hua Zhong
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Femtosecond Research Center Co Ltd
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Abstract

Dispositivo y método de adquisición de señales multimodo, y sistema de imágenes láser, que se utilizan para adquirir una señal multimodo generada mediante la irradiación de un pulso láser sobre una muestra. Dicho dispositivo comprende un módulo de adquisición de canales independientes y un dispositivo de procesamiento de señales espectrales. El módulo de adquisición de canales independientes cuenta con varios canales de adquisición de señales espectrales independientes, cada uno de los cuales corresponde a una señal espectral de una banda de frecuencias específica en una señal multimodo. Cada canal de adquisición de señales espectrales adquiere la señal multimodo, filtra la señal espectral correspondiente a la banda de frecuencias específica y la envía al dispositivo de procesamiento de señales espectrales. Este último recibe la señal espectral adquirida por cada canal de adquisición y genera imágenes de cada señal espectral para la salida de superposición. El dispositivo y método de adquisición de señales multimodo y el sistema de imágenes láser separan eficazmente las señales espectrales adquiridas en múltiples modos, mejorando así el efecto de imagen de un sistema de imágenes posterior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Dispositivo y procedimiento de adquisición de señal multimodal
[0005] CAMPO TÉCNICO
[0007] La presente solicitud se refiere al campo técnico del láser y, en particular, a un dispositivo y procedimiento de adquisición de señal multimodal, y un sistema de imagen láser.
[0009] ANTECEDENTES
[0011] En la microscopía láser no lineal se usan fuentes láser con espectros especiales. Por ejemplo, en la Solicitud de patente china CN107462336A se usa un pulso láser de femtosegundo como fuente láser. El pulso láser de femtosegundo se transmite a través de un componente óptico para irradiar una muestra e interactúa con la muestra para generar una señal multimodal. La señal multimodal es adquirida por un dispositivo de adquisición de señal para obtener múltiples modos de imagen molecular no lineal.
[0013] En una solución técnica común, la señal multimodal incluye señales espectrales de diferentes intervalos espectrales, que incluyen una señal armónica del pulso láser y una señal de fluorescencia. Cuando el dispositivo de adquisición de señales adquiere estas señales espectrales, la información espectral de diferentes intervalos espectrales se superpone y es difícil de separar. Si cada modo se adquiere secuencialmente, a menudo se introducirá una desviación de calibración, lo que afectará el efecto de imagen. El documento de Gnanatheepam Einstein y col.: "Live cell metabolic imaging of cancer cell lines using multiphoton fluorescence polarization" (Progreso en Óptica e Imágenes Biomédicas, Spie™ Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica, Bellingham, WA, US, vol. 11244, 14 de febrero de 2020) menciona un microscopio confocal de barrido espectral con láser multifotónico, donde la emisión de fluorescencia de la célula es recogida por un detector de matriz de fotodiodos y la imagen espectral es seguida por un desmezclado lineal para la emisión de fluorescencia debido a diferentes fluoróforos intrínsecos. El documento de Jonathan A. Palero y col.: “Nonlinear microscopy and spectroscopy of skin tissues” (Actas de Spie, vol. 5968, 2005) menciona un sistema de espectrógrafo de imágenes, donde el espectro de emisión de autofluorescencia (390 nm - 600 nm) de cada capa de piel se analizó a través de desmezclado lineal con curvas gaussianas sesgadas. La desmezcla usa cinco componentes diferentes a (A) 405 nm, (B) 450 nm, (C) 490 nm, (D) 520 nm y (E) 610 nm. El documento de Leann M. Tiede, Sonia M. Rocha-Sanchez, Richard Hallworth: "Determination of hair cell metabolic state in isolated cochlear preparations by two-photon microscopy" (Revista de Óptica Biomédica, vol. 12, n.° 2, abril de 2007) menciona la microscopía de dos fotones, donde la emisión de fluorescencia se separó en dos canales de detección usando un dicroico de paso largo de 500 nm y se detectó a través de tubos fotomultiplicadores sin desescaneo. Los canales NADH y Fp (flavoproteínas) separados podrían obtenerse de canales mixtos a través de una separación lineal.
[0015] RESUMEN
[0017] Para resolver la mayoría, si no todos, de los defectos técnicos anteriores, en particular, que se introduce una desviación de calibración y se ve afectado el efecto de imagen, un objetivo de la presente solicitud es proporcionar un dispositivo y procedimiento de adquisición de señal multimodal.
[0019] El dispositivo de adquisición de señal multimodal está configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra e incluye un módulo de adquisición de canal independiente y un dispositivo de procesamiento de señal espectral que están conectados entre sí, donde el módulo de adquisición de canal independiente está provisto de múltiples canales de adquisición de señal espectral independientes, cada uno de los canales de adquisición de señal espectral corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal. La señal multimodal incluye señales de fluorescencia FAD y NADH generadas respectivamente por una molécula de dinucleótido de flavina y adenina(Flavin Adenine Dinucleotide,FAD) y una molécula de dinucleótido de nicotinamida y adenina(Nicotinamide Adenine Dinucleotide,NADH); los canales de adquisición de señales espectrales incluyen un canal de adquisición de señales FAD y un canal de adquisición de señales NADH, respectivamente, para las señales de fluorescencia FAD y NADH.
[0021] Después de que el pulso láser de un intervalo espectral específico irradia la muestra para generar la señal multimodal, cada uno de los canales de adquisición de señal espectral adquiere la señal multimodal, filtra la señal espectral correspondiente del intervalo espectral específico de la señal multimodal y envía la señal espectral al dispositivo de procesamiento de señal espectral.
[0023] El dispositivo de procesamiento de señales espectrales está configurado para recibir señales espectrales adquiridas por cada uno de los canales de adquisición de señales espectrales, deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señales FAD, es decir, separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH y eliminar una interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura, y realizar una imagen y salida superpuesta para cada señal espectral. La señal multimodal comprende además señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser; los canales de adquisición de señal espectral comprenden además canales de adquisición de señal armónica segunda, tercera y cuarta o superior respectivamente para las señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser. El dispositivo de procesamiento de señales espectrales deconvoluciona y separa la señal espectral a través de:
[0025] I fad~ Hfad-gxHnadh
[0027] dondeTfaddenota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,Hfaddenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,adenota un coeficiente establecido yHnadhdenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
[0029] En una realización, preferentemente, el módulo de adquisición de canal independiente incluye múltiples elementos ópticos en paralelo, cada uno de los elementos ópticos corresponde a un canal de adquisición de señal espectral independiente; donde los elementos ópticos incluyen un espectroscopio o un filtro.
[0031] El procedimiento de adquisición de señal multimodal está configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra, e incluye las etapas siguientes:
[0033] adquirir, a través de múltiples canales de adquisición de señales espectrales independientes, la señal multimodal; donde la señal multimodal incluye señales de fluorescencia FAD y NADH generadas respectivamente por una molécula FAD y una molécula NADH; los canales de adquisición de señales espectrales incluyen un canal de adquisición de señales FAD y un canal de adquisición de señales NADH respectivamente para las señales de fluorescencia FAD y NADH;
[0034] filtrar señales espectrales de intervalos espectrales específicos de la señal multimodal, donde cada uno de los canales de adquisición de señal espectral corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal;
[0035] adquirir, a través de cada uno de los canales de adquisición de señal espectral, las señales espectrales, deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, es decir, separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH y eliminar una interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura; y realizar una formación de imágenes y salida superpuesta para cada una de las señales espectrales. La señal multimodal comprende además señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser; los canales de adquisición de señal espectral comprenden además canales de adquisición de señal armónica segunda, tercera y cuarta o superior respectivamente para las señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser. La deconvolución y la separación se implementan aplicando:
[0037] Tfad Hfad-gxHnadh
[0039] donde T<fad>denota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,Hfaddenota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,adenota un coeficiente establecido yHnadhdenota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
[0041] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0043] Lo anterior y/o los aspectos y ventajas adicionales de la presente solicitud se harán evidentes y se entenderán fácilmente a partir de las siguientes descripciones de las realizaciones y referencias a los dibujos.
[0045] La FIG. 1 es un diagrama de estructura de un dispositivo de adquisición de señal multimodal útil para entender la invención;
[0046] La FIG. 2 es un diagrama estructural de un módulo de adquisición de canal independiente útil para entender la invención;
[0047] La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de adquisición de señal multimodal útil para comprender la invención;
[0048] La FIG. 4 es un diagrama de estructura de un sistema de imagen láser.
[0050] DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
[0052] La FIG. 1 es un diagrama de estructura de un dispositivo de adquisición de señal multimodal. Con referencia a la FIG.
[0053] 1, el dispositivo de adquisición de señal multimodal, que está configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra, como el escenario donde se usa un pulso láser de femtosegundo para detectar una muestra, incluye principalmente un módulo de adquisición de canal independiente y un dispositivo de procesamiento de señal espectral que están conectados entre sí. Como se muestra en la FIG. 1, para fines de adquisición, una fuente láser genera un pulso láser de femtosegundo que es transmitido por el elemento óptico correspondiente para irradiar una muestra en una plataforma de muestra. El pulso láser de femtosegundo interactúa con las moléculas de la muestra para generar una señal multimodal con intervalos espectrales no superpuestos o parcialmente superpuestos. En general, la señal multimodal incluye señales armónicas y señales de fluorescencia de moléculas específicas. Las señales armónicas incluyen una segunda armónica, una tercera armónica y una señal armónica superior a la cuarta, cuyos intervalos espectrales no se superponen. Sin embargo, las señales de fluorescencia de moléculas específicas pueden superponerse parcialmente debido a las características moleculares asociadas.
[0055] La señal multimodal se adquiere a través del módulo de adquisición de canales independientes. El módulo de adquisición de canales independientes está provisto de múltiples canales de adquisición de señales espectrales independientes, por ejemplo, del canal 1 al canal N, N > 2, como se muestra en la FIG. 1. Cada canal de adquisición de señal espectral corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal.
[0056] En un proceso de trabajo, la fuente láser genera el pulso láser con múltiples intervalos espectrales específicos para irradiar la muestra. El pulso láser interactúa con la muestra para generar la señal multimodal con diferentes intervalos espectrales. Cada canal de adquisición de señal espectral adquiere la señal multimodal, filtra una señal espectral de un intervalo espectral específico a partir de la señal multimodal y envía la señal espectral al dispositivo de procesamiento de señal espectral. El dispositivo de procesamiento de señal espectral recibe la señal espectral adquirida por cada canal de adquisición de señal espectral y realiza una imagen y salida superpuesta para cada señal espectral.
[0058] En la solución de la invención, la fuente láser está configurada para irradiar la muestra con el pulso láser de un intervalo espectral específico para generar la señal multimodal con diferentes intervalos espectrales. La señal multimodal se adquiere a través de los canales espectrales independientes, y las señales espectrales de diferentes modales se adquieren simultáneamente y se separan eficazmente. Esto hace que la información molecular o estructural como lo indica la señal espectral de cada modal sea mutuamente ortogonal en la imagen, mejorando así el rendimiento de la imagen del sistema de imagen láser.
[0060] A continuación, se describen más realizaciones de la solución técnica de la presente solicitud con referencia a los dibujos.
[0062] La FIG. 2 es un diagrama de estructura del módulo de adquisición de canal independiente. En una realización, con referencia a la FIG. 2, el módulo de adquisición de canal independiente incluye múltiples elementos ópticos en paralelo, cada uno de los cuales incluye un espectroscopio o un filtro y corresponde a un canal de adquisición de señal espectral independiente.
[0064] Específicamente, cada canal independiente está provisto de un elemento óptico, tal como un espectroscopio o filtro, para procesar la señal espectral. Cada elemento óptico filtra la señal espectral de un intervalo espectral específico y elimina la señal espectral de otro intervalo espectral. Como se muestra en la FIG. 2, hay cinco espectroscopios paralelos 1 a 5, que corresponden a cinco canales de adquisición para adquirir de manera independiente las señales espectrales de cinco intervalos espectrales no superpuestos.
[0066] Según la invención, la presente solicitud diseña además una solución de adquisición para señales de dinucleótido de flavina y adenina(Flavin Adenine Dinucleotide,FAD) y dinucleótido de nicotinamida y adenina(Nicotinamide Adenine Dinucleotide,NADH). Las moléculas FAD y NADH generalmente se adquieren a través de diferentes procesos ópticos, por ejemplo, las moléculas FAD y NADH se excitan a través de procesos físicos de fluorescencia de dos y tres fotones, respectivamente, antes de que se adquieran. La presente solicitud adopta el mismo proceso físico para evitar desviaciones y variables intermedias. Sobre esta base, las señales espectrales se deconvolucionan y separan según una relación proporcional de señal para separar las intensidades de señal espectral FAD y NADH a través de un algoritmo.
[0068] Específicamente, el intervalo espectral de la señal espectral no lineal está parcialmente asociado con las características de la propia molécula, por ejemplo, el intervalo espectral de la fluorescencia emitida por las moléculas fluorescentes está relacionado con sus fórmulas y estructuras moleculares. El intervalo espectral de la señal espectral no lineal también está parcialmente relacionado con el intervalo espectral de la fuente láser que generó dicha señal espectral, por ejemplo, el intervalo espectral de la señal armónica es varias veces mayor que el del pulso láser.
[0069] Como se ha descrito anteriormente, la señal multimodal de la presente solicitud puede describirse de la siguiente manera:
[0071] la señal multimodal incluye una señal armónica del pulso láser y señales de fluorescencia generadas por moléculas NADH FAD.
[0073] En consecuencia, los canales de adquisición de señal espectral de la invención incluyen canales de adquisición de señal armónicos (segundo armónico, tercer armónico e incluso cuarto armónico o superior), un canal de adquisición de señal FAD y un canal de adquisición de señal NADH. Las señales armónicas no superpuestas se adquieren a través de los canales independientes, y las señales de fluorescencia FAD y NADH parcialmente superpuestas se adquieren por otros medios.
[0075] Específicamente, las moléculas de coenzimas, que están directamente asociadas con el metabolismo energético celular, pueden tener una importancia clínica significativa. En la solución de adquisición real, los canales de adquisición independientes pueden evitar las interacciones entre las señales espectrales de cualquier canal de adquisición independiente. Debido a sus características moleculares, los espectros de fluorescencia de las moléculas fA d y las moléculas NADH se superponen parcialmente; sin embargo, los intervalos específicos para los intervalos espectrales de adquisición de la señal FAD y la señal NADH son conocidos, y existe una relación funcional en dichos intervalos espectrales conocidos de sus señales de fluorescencia. Por lo tanto, las señales espectrales adquiridas por los canales de adquisición correspondientes a las moléculas FAD y las moléculas NADh pueden separarse para evitar interferencias mutuas.
[0077] En base a los estudios sobre la distribución de la señal de fluorescencia FAD y la señal de fluorescencia NADH, no se observa ninguna señal de fluorescencia FAD en el canal de adquisición NADH, sin embargo, la señal de fluorescencia NADH puede observarse en el canal de adquisición FAD. Por lo tanto, es necesario separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición FAD para excluir la interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD.
[0079] Según esto, el dispositivo de procesamiento de señal espectral está configurado además para deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD a través de un algoritmo específico, es decir, para separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH, y eliminar la interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura.
[0081] Específicamente, el dispositivo de procesamiento de señal espectral deconvoluciona y separa la señal espectral a través de:
[0083] Tfad~~Hf.ad-QxH nadh
[0085] dondeTfaddenota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,Hfaddenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, a denota un coeficiente establecido yHnadhdenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
[0087] Al ajustar las señales espectrales de diferentes intervalos espectrales del pulso láser, puede evitarse la interacción de las señales espectrales adquiridas por diferentes canales de adquisición. Sin embargo, debido a que el espectro de fluorescencia está determinado por las características de la molécula en sí, los espectros de fluorescencia FAD y NADH aún se superponen parcialmente.
[0089] No hay señal de fluorescencia FAD en la región espectral del canal de adquisición NADH, pero hay interferencia de la señal de fluorescencia NADH en la región espectral del canal de adquisición FAD. En la solución técnica de la presente solicitud, la señal espectral adquirida por el canal de adquisición FAD se deconvoluciona y se separa para obtener las respectivas intensidades de señal espectral FAD y NADH a través de un algoritmo específico.
[0091] Existe una relación proporcional entre las señales NADH adquiridas por el canal de adquisición NADH y el canal de adquisición FAD. Al ajustar los intervalos espectrales de las señales espectrales, en las condiciones en que la señal FAD y la señal NADH adquirida por el canal de adquisición FAD son proporcionales a la enésima (n > 2) potencia de la potencia máxima del láser, se confirma que la señal FAD y la señal NADH tienen una importancia aditiva en el sentido de que las señales mezcladas FAD y NADH (fluorescencia) adquiridas por el canal FAD pueden deconvolucionarse a través de la fórmula de cálculo anterior para obtener la señal FAD pura.
[0093] A continuación, se describe una realización de un procedimiento de adquisición de señal multimodal de la presente solicitud.
[0095] La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de adquisición de señal multimodal. Con referencia a la FIG. 3, el procedimiento de adquisición de señal multimodal está configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra e incluye principalmente las siguientes etapas:
[0097] 5101. La señal multimodal se adquiere a través de múltiples canales de adquisición de señal espectral independientes.
[0098] 5102. Las señales espectrales de intervalos espectrales específicos se filtran de la señal multimodal, donde cada uno de los canales de adquisición de señal espectral corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal.
[0099] S103. Las señales espectrales son adquiridas por cada uno de los canales de adquisición de señales espectrales, y se realizan una imagen y una salida superpuesta para cada una de las señales espectrales.
[0101] En la solución de las realizaciones mencionadas anteriormente, la fuente láser está configurada para irradiar la muestra con el pulso láser de un intervalo espectral específico para generar la señal multimodal con diferentes intervalos espectrales no superpuestos o parcialmente superpuestos. La señal multimodal se adquiere a través de los canales espectrales independientes, y las señales espectrales de diferentes modales se adquieren simultáneamente y se separan de manera efectiva. Esto evita la desviación de calibración y hace que la información molecular o estructural como lo indica la señal espectral de cada modal sea mutuamente ortogonal en la imagen, mejorando así el rendimiento de la imagen del sistema de imagen láser.
[0103] En una realización, el pulso láser con diferentes intervalos espectrales irradia la muestra para generar la señal multimodal. Además, antes de su uso, el pulso láser de la fuente láser pasa por un ajuste espectral para generar múltiples señales espectrales de diferentes intervalos espectrales. Además, la señal armónica generada por el pulso láser que interactúa con la muestra no se superpone a las regiones espectrales de las moléculas fluorescentes de la muestra.
[0105] Además, el procedimiento de adquisición de señal multimodal de la invención está configurado para deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD a través de un algoritmo específico, es decir, para separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH y eliminar la interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura.
[0107] Específicamente, el dispositivo de procesamiento de señal espectral deconvoluciona y separa la señal espectral a través de:
[0109] dondeTfaddenota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,Hfaddenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, a denota un coeficiente establecido yHnadhdenota la señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
[0111] La solución de adquisición de la señal de fluorescencia FAD y la señal de fluorescencia NADH es consistente con la solución del dispositivo de adquisición de señal multimodal mencionado anteriormente y no se repetirá en esta invención.
[0113] A continuación, se describe una realización de un sistema de imagen láser.
[0115] La FIG. 4 es un diagrama de estructura de un sistema de imagen láser. Con referencia a la FIG. 4, el sistema de imagen láser incluye una fuente láser, un módulo de ajuste espectral y el dispositivo de adquisición de señal multimodal en cualquiera de las realizaciones anteriores. El dispositivo de adquisición de señal multimodal incluye principalmente un módulo de adquisición de canal independiente y un dispositivo de procesamiento de señal espectral.
[0117] En el sistema de imagen láser, la fuente láser está configurada para generar un pulso láser. El módulo de ajuste espectral está configurado para ajustar la región espectral del pulso láser para obtener un pulso láser con múltiples intervalos espectrales y permitir que el pulso láser irradie una muestra para generar una señal multimodal con intervalos espectrales no superpuestos. El dispositivo de adquisición de señal multimodal está configurado para adquirir las señales multimodales a través de múltiples canales de adquisición de señal espectral independientes y filtrar señales espectrales de intervalos espectrales específicos para la formación de imágenes. El módulo de adquisición de canal independiente adquiere la señal multimodal y filtra la señal espectral correspondiente del intervalo espectral específico de la señal multimodal. El dispositivo de procesamiento de señales espectrales realiza una imagen y una salida superpuesta para cada señal espectral.
[0119] El módulo de ajuste espectral está configurado además para separar las señales espectrales de intervalos espectrales específicos del pulso láser y ajustar los intervalos espectrales de las señales espectrales, de modo que el pulso láser genere la señal multimodal con intervalos espectrales no superpuestos después de interactuar con la muestra. Específicamente, el ajuste espectral puede realizarse a través de un conformador de pulsos que incluye un modulador de luz espacial de cristal líquido(Spatial Light Modulator,SLM), y el intervalo de espectros puede seleccionarse controlando la intensidad espectral y/o la fase espectral del pulso láser.
[0121] En la solución técnica de esta realización, cuando la señal multimodal es generada por el pulso láser, el módulo de ajuste espectral primero realiza un ajuste espectral en el pulso láser generado por la fuente láser para generar el pulso láser con uno o más intervalos espectrales específicos. El pulso láser con el intervalo espectral específico se centra en la muestra e interactúa con la muestra para generar la señal multimodal. Cuando se adquiere la señal multimodal, las señales de espectros de los intervalos de espectros correspondientes se adquieren a través de múltiples canales de adquisición de señales de espectros independientes, de modo que las señales espectrales bajo diferentes modos se adquieren simultáneamente y se separan de manera efectiva. De esta manera, la información molecular o estructural indicada por las señales espectrales bajo cada modal se hace mutuamente ortogonal en la imagen para lograr el efecto de imagen deseado.
[0122] Además, la adquisición de señal multimodal está configurada para deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD a través de un proceso de cálculo simple, es decir, para separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH, y eliminar la interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura.
[0123] En el sistema de imagen láser de un ejemplo no reivindicado, la señal multimodal incluye una segunda señal armónica con una región espectral de 570 nm a 630 nm, una tercera señal armónica con una región espectral de 343 nm a 405 nm, una señal de fluorescencia con una región espectral de 510 nm a 565 nm, una señal de fluorescencia con una región espectral de 410 nm a 490 nm y una señal Raman no lineal con una región espectral de 640 nm a 723 nm. Lo que antecede son meras descripciones de las realizaciones preferidas de la presente invención. Cabe señalar que los expertos en la materia pueden realizar mejoras y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de adquisición de señal multimodal configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra, el dispositivo de adquisición de señal multimodal comprende un módulo de adquisición de canal independiente y un dispositivo de procesamiento de señal espectral que están conectados entre sí, donde
el módulo de adquisición de canales independientes está provisto de múltiples canales de adquisición de señales espectrales independientes, cada uno de los canales de adquisición de señales espectrales corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal; la señal multimodal comprende señales de fluorescencia FAD y NADH generadas respectivamente por una molécula de dinucleótido de flavina y adenina(Flavin Adenine Dinucleotide,FAD) y una molécula de dinucleótido de nicotinamida y adenina(Nicotinamide Adenine Dinucleotide,NADH); los canales de adquisición de señales espectrales comprenden un canal de adquisición de señales FAD y un canal de adquisición de señales NADH, respectivamente, para las señales de fluorescencia FAD y NADH;
después de que el pulso láser de un intervalo espectral específico irradia la muestra para generar la señal multimodal, cada uno de los canales de adquisición de señal espectral adquiere la señal multimodal, filtra la señal espectral correspondiente del intervalo espectral específico de la señal multimodal y envía la señal espectral al dispositivo de procesamiento de señal espectral; y
el dispositivo de procesamiento de señal espectral está configurado para recibir la señal espectral adquirida por cada uno de los canales de adquisición de señal espectral, deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, es decir, para separar una intensidad de señal de fluorescencia<f>A<d>de una intensidad de señal de fluorescencia NADH y eliminar una interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura, y realizar una imagen y salida superpuesta de cada señal espectral,
caracterizado porque
la señal multimodal comprende además señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser; los canales de adquisición de señal espectral comprenden además canales de adquisición de señal armónica segunda, tercera y cuarta o superior respectivamente para las señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser; y
el dispositivo de procesamiento de señales espectrales deconvoluciona y separa la señal espectral a través de:
dondeTfaddenota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD,Hfaddenota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, a denota un coeficiente establecido yHnadhdenota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
2. El dispositivo de adquisición de señal multimodal según la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de adquisición de canal independiente comprende múltiples elementos ópticos paralelos, cada uno de los elementos ópticos corresponde a un canal de adquisición de señal espectral independiente; donde los elementos ópticos comprenden un espectroscopio o un filtro.
3. Un procedimiento de adquisición de señal multimodal configurado para adquirir una señal multimodal generada por un pulso láser que irradia una muestra, donde el procedimiento de adquisición de señal multimodal comprende las siguientes etapas:
adquirir (S101), a través de múltiples canales de adquisición de señales espectrales independientes, la señal multimodal; donde la señal multimodal comprende señales de fluorescencia FAD y NADH generadas respectivamente por una molécula FAD y una molécula NADH; los canales de adquisición de señales espectrales comprenden un canal de adquisición de señales FAD y un canal de adquisición de señales NADH respectivamente para las señales de fluorescencia FAD y NADH;
filtrar P(S102) señales espectrales correspondientes de intervalos espectrales específicos de la señal multimodal, donde cada uno de los canales de adquisición de señal espectral corresponde a una señal espectral de un intervalo espectral específico en la señal multimodal; y
adquirir (S013), por cada uno de los canales de adquisición de señal espectral, las señales espectrales, deconvolucionar y separar la señal espectral adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, es decir, separar una intensidad de señal de fluorescencia FAD de una intensidad de señal de fluorescencia NADH y eliminar una interferencia de la señal de fluorescencia NADH de la señal de fluorescencia FAD para obtener una señal de fluorescencia FAD pura, y realizar una imagen y salida superpuesta de cada una de las señales espectrales, caracterizado porque
la señal multimodal comprende además señales armónicas segunda, tercera y cuarta o superior del pulso láser; los canales de adquisición de señal espectral comprenden además canales de adquisición de señal armónica segunda, tercera y cuarta o superior respectivamente para las señales armónicas segunda, tercera y cuarta o
superior del pulso láser; y
la deconvolución y la separación se implementan aplicando:
Tfad- H fad-cixH nadh
dondeTfaddenota la señal de fluorescencia FAD pura adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, Hfad denota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal FAD, a denota un coeficiente establecido yHnadhdenota una señal total adquirida por el canal de adquisición de señal NADH.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112129702B (zh) * 2020-09-16 2022-08-26 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 多模态信号采集装置及方法、激光影像系统
CN114330488B (zh) * 2021-11-19 2025-09-12 浪潮(北京)电子信息产业有限公司 一种多模态数据处理方法、装置、设备及存储介质
CN118603312B (zh) * 2024-05-31 2025-04-18 华中科技大学 一种双峰信号模式的线扫描色散共焦测量方法及装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5946093A (en) * 1998-08-19 1999-08-31 Met One, Inc. Particle detection system and method employing an upconversion laser
JP2004341204A (ja) 2003-05-15 2004-12-02 Olympus Corp 蛍光顕微鏡
CN101254091B (zh) 2007-02-28 2010-08-18 深圳大学 一种视网膜成像的方法
WO2008119184A1 (en) * 2007-04-02 2008-10-09 Fio Corporation System and method of deconvolving multiplexed fluorescence spectral signals generated by quantum dot optical coding technology
CN101504370B (zh) 2009-03-17 2011-06-15 福建师范大学 对细胞和细胞外间质成分进行同时无损探测的装置
CN101650299B (zh) * 2009-09-19 2011-06-29 福建师范大学 高对比度、高分辨率非线性光谱成像探测装置
US10222335B2 (en) * 2010-10-27 2019-03-05 The Regents Of The University Of California Phasor method to fluorescence lifetime microscopy to discriminate metabolic state of cells in living tissue
CN102621121B (zh) 2012-04-24 2014-01-01 福建师范大学 生物组织内源性成分的多模式多光子显微成像装置
US10778913B2 (en) 2013-03-12 2020-09-15 Ventana Medical Systems, Inc. Digitally enhanced microscopy for multiplexed histology
US10986997B2 (en) 2013-12-31 2021-04-27 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Systems, methods, and apparatus for multichannel imaging of fluorescent sources in real time
WO2015161045A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 President And Fellows Of Harvard College Non-linear imaging systems and methods for assisted reproductive technologies
WO2016118557A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-28 President And Fellows Of Harvard College Assessing metabolic condition of sperm
CN104614353B (zh) 2015-01-28 2017-05-10 中国科学院半导体研究所 基于双通道的多光谱荧光成像显微系统和方法
US10656089B2 (en) * 2016-04-01 2020-05-19 Black Light Surgical, Inc. Systems, devices, and methods for time-resolved fluorescent spectroscopy
CN105877711B (zh) * 2016-04-26 2019-01-18 吉林亚泰中科医疗器械工程技术研究院股份有限公司 一种皮肤疾病多模态成像检测系统
US10394008B2 (en) 2016-10-19 2019-08-27 Cornell University Hyperspectral multiphoton microscope for biomedical applications
CN110462057B (zh) 2017-03-12 2024-06-18 伊利蒂卡有限公司 数字分子测定
CN107462336B (zh) * 2017-09-30 2019-01-22 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 一种飞秒激光多模态分子影像系统
US20190167116A1 (en) * 2017-11-15 2019-06-06 Yu Chen Optical redox imaging systems and methods
JP2020020791A (ja) 2018-07-24 2020-02-06 ソニー株式会社 情報処理装置、情報処理方法、情報処理システム、およびプログラム
CN210055952U (zh) * 2019-01-31 2020-02-14 北京超维景生物科技有限公司 可变焦腔体内窥镜探测装置及激光扫描腔体内窥镜
CN112129702B (zh) * 2020-09-16 2022-08-26 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 多模态信号采集装置及方法、激光影像系统

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