癌症和纤维化疾病会以组织结构发生变化的形式表现出来，目前对这些疾病的医学诊断主要基于活检和随后的非现场组织病理学手段。而使用微创技术，可以即时且原位地做出类似诊断，这极大的减小了做出诊断的时间并且避免了重复手术的可能。基于此，被称为光学切片的先进光学成像技术被开发出来用于微创成像。这种技术依靠各种各种的无标记光学成像模态（通常是将这些模态结合起来一起使用），如相干反斯托克斯拉曼光谱（anti-Stokes Raman spectroscopy, CARS）、双光子荧光、二次谐波生成（second-harmonic generation, SHG）成像等（参见本订阅号前述多光子相关文章，传送门1，传送门2，传送门3）。这些成像方法对指示疾病状况的潜在组织结构和成分敏感。
微创偏振分辨SHG成像多模光纤内窥镜
技术背景：
癌症和纤维化疾病会以组织结构发生变化的形式表现出来，目前对这些疾病的医学诊断主要基于活检和随后的非现场组织病理学手段。而使用微创技术，可以即时且原位地做出类似诊断，这极大的减小了做出诊断的时间并且避免了重复手术的可能。基于此，被称为光学切片的先进光学成像技术被开发出来用于微创成像。这种技术依靠各种各种的无标记光学成像模态（通常是将这些模态结合起来一起使用），如相干反斯托克斯拉曼光谱（anti-Stokes Raman spectroscopy, CARS）、双光子荧光、二次谐波生成（second-harmonic generation, SHG）成像等（参见本订阅号前述多光子相关文章，传送门1，传送门2，传送门3）。这些成像方法对指示疾病状况的潜在组织结构和成分敏感。最近，由于诸如通过全息手段控制光场及控制光在复杂介质中的传输等波前整形技术的发展，使得用细的多模光纤作为激光扫描显微内窥镜的探头成为可能。
当前不足：
多模光纤不能够保持光的偏振态，现有的保持光纤偏振态的方法都很复杂。而使用偏振光可以观测到二阶非线性极化率张量。二阶非线性极化率张量能反映样品的组成、手性和结构组织（例如局部原纤维取向）。
文章创新点：
捷克共和国CAS科学仪器研究所的Angel Cifuentes（第一作者）和 Johanna Trägårdh（通讯作者）在Optica撰文Polarization-resolved second-harmonic generation imaging through a multimode fiber，提出了一种基于多模光纤的偏振分辨二次谐波生成成像技术。
（1）通过基于多模光纤（直径125um）的微创内窥镜实现了二次谐波生成成像。二次谐波生成成像技术可以对胶原（collagen，与纤维化疾病特别相关，也与肿瘤类疾病相关）进行无标记成像。其中，胶原富集的细胞外基质重组就是一个病理学指示。这种技术在肝脏纤维化和心肌纤维化等多种病理疾病的研究中有应用前景。（该方法依赖于非中心对称结构中的二次谐波生成，如肌球蛋白、微管蛋白、胶原蛋白，这些都是内源性结构蛋白。当这些蛋白质与高强度激光脉冲相互作用时，会产生一个波长为激发光波长二分之一的光子，可以很容易的分离和检测，就像荧光一样。二次谐波生成已经在纤维状结构，如横纹肌、大脑苔藓纤维中的微管和结缔组织。）
（2）通过完全控制激发光在光纤端头的偏振态和空间分布，实现了偏振分辨的二次谐波生成成像。偏振分辨二次谐波生成成像依赖于用偏振态变化的激发光去探测二阶非线性极化率张量。二阶非线性极化率张量取决于样品的组成、手性和结构组织（例如局部原纤维取向），因此偏振响应使得我们可以探测这些特性。关键的是，这种技术需要控制内窥镜输出光的偏振态。
原理解析：
用1040nm的飞秒激光器作为激发源，通过梯度折射率多模光纤（包层直径125um,纤芯直径62.5um）进行偏振分辨二次谐波生成成像。在成像之前需要用校准单元使用干涉测量的方式对通过光纤的光进行校准，此过程大约需要5分钟。校准信息得到后，可以通过将适当形状的波前耦合到光纤中产生聚焦点。每个聚焦点位置对应一个空间光调制器（SLM）上的特定图案。SLM序列显示不同的图案，实现在距多模光纤出光口15um的平面上进行聚焦点扫描（模拟激光扫描显微镜）。成像时，移除校准单元，二向色镜将后向散射回光纤的二次谐波生成信号反射进入光电倍增管进行成像。
实验证明：
（1）小鼠尾腱上两个区域Ⅰ和Ⅱ的线偏振二次谐波生成成像结果。（a)图从上到下分别是所有偏振角的强度和，成像平面内原纤维的方向箭袋图（quiver plot，以箭头形式表示矢量线的二维矢量图。从箭袋图中可以清楚地看到尾腱中胶原的强烈排列）
参数图和 
参数图（分别表示原纤维的组织成分和平面外倾斜）。（b）为区域Ⅰ的调制深度图和整个视场内的平均信号强度图（c）和（d）是
和
在区域Ⅰ和Ⅱ的直方图。刻度尺是5um。
DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.430295
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