專利名稱：一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熒光顯微技術(shù)已經(jīng)成為生命科學(xué)，尤其是細(xì)胞生物學(xué)研究的重要工具。多光子激發(fā)熒光顯微技術(shù)具有對生命體的殺傷作用小，穿透深度大，具有層析能力等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為生命科學(xué)研究的重要手段。熒光圖像能夠?yàn)樯镝t(yī)學(xué)檢測和分析提供結(jié)構(gòu)和功能信息。近年來，隨著新型光纖和微制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，光纖雙光子熒光顯微鏡和內(nèi)窺鏡的研究使雙光子熒光顯微成像技術(shù)在活體的內(nèi)部器官和活體動物中的研究成為可能。目前雙光子熒光內(nèi)窺顯微技術(shù)已經(jīng)引起了國際上的高度重視，針對這一課題做出了大量的研究成果，在內(nèi)窺系統(tǒng)設(shè)計(jì)、掃描機(jī)制、光學(xué)傳導(dǎo)和高數(shù)值孔徑的微物鏡及其應(yīng)用等方面取得了很多研究成果。受到活體內(nèi)窺應(yīng)用條件限制，成像時間不宜過長。然而目前熒光內(nèi)窺成像的速度慢，效率低，耗時長，對生物體造成極大的影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例的目的在于提供一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有熒光內(nèi)窺成像速度慢、效率低的問題。本實(shí)用新型實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；分光器，用于將所述激發(fā)光分為多個子光束，所述多個子光束對應(yīng)于樣品的多個子區(qū)域，所述樣品內(nèi)分布有熒光物質(zhì)；柔性介質(zhì)，用于調(diào)整所述多個子光束，使所述多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)；聚焦元件，用于使各子光束聚焦于所述樣品的子區(qū)域；掃描元件，用于利用所述多個子光束對所述樣品進(jìn)行掃描，使各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光；雙色鏡及傳像介質(zhì)，用于將所述熒光從所述生物體內(nèi)導(dǎo)出；探測器，用于實(shí)時采集掃描時發(fā)出的熒光，生成熒光圖像；所述雙色鏡設(shè)于所述掃描元件與聚焦元件之間。進(jìn)一步地，所述激發(fā)光源與所述分光器之間還設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，用于調(diào)整所述激發(fā)光的尺寸并進(jìn)行準(zhǔn)直；整形器，用于調(diào)整所述激發(fā)光的強(qiáng)度分布，使所述激發(fā)光的強(qiáng)度分布均勻；所述分光器與所述柔性介質(zhì)之間還設(shè)有準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直各子光束，使各子光束成為平行光；第一耦合透鏡，用于使各子光束耦合進(jìn)入所述柔性介質(zhì)；所述柔性介質(zhì)與所述掃描鏡之間還設(shè)有第一自聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直從所述柔性介質(zhì)輸出的各個子光束；[0022]所述雙色鏡與所述傳像介質(zhì)之間還設(shè)有第二自聚焦透鏡，用于使所述熒光聚焦于所述傳像介質(zhì)的體內(nèi)端；所述傳像介質(zhì)與所述探測器之間還設(shè)有第二耦合透鏡，用于準(zhǔn)直從所述傳像介質(zhì)輸出的熒光；成像透鏡，用于將所述熒光成像于所述探測器；所述聚焦元件為微物鏡。本實(shí)用新型實(shí)施例將激發(fā)光分為與樣品多個子區(qū)域一一對應(yīng)的多個子光束，使該多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)，各子光束聚焦于樣品的子區(qū)域，形成多點(diǎn)激發(fā)熒光，將熒光導(dǎo)出，并由多個子光束對樣品進(jìn)行二維掃描，從而獲取整個樣品的熒光圖像，時間短、速度快， 對生物體損傷小，有利于生物醫(yī)學(xué)的研究，特別是對癌癥早期診斷，具有重要意義。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其光路圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的激光陣列點(diǎn)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例將激發(fā)光分為與樣品多個子區(qū)域一一對應(yīng)的多個子光束，使該多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)，各子光束聚焦于樣品的子區(qū)域，形成多點(diǎn)激發(fā)熒光，將熒光導(dǎo)出，并由多個子光束對樣品進(jìn)行二維掃描，從而獲取整個樣品的熒光圖像，時間短、速度快， 對生物體損傷小，有利于生物醫(yī)學(xué)的研究。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)包括激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；分光器，用于將所述激發(fā)光分為多個子光束，所述多個子光束對應(yīng)于樣品的多個子區(qū)域，所述樣品內(nèi)分布有熒光物質(zhì)；柔性介質(zhì)，用于調(diào)整所述多個子光束，使所述多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)；聚焦元件，用于使各子光束聚焦于所述樣品的子區(qū)域；掃描元件，用于利用所述多個子光束對所述樣品進(jìn)行掃描，使各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光；雙色鏡及傳像介質(zhì)，用于將所述熒光從所述生物體內(nèi)導(dǎo)出；探測器，用于實(shí)時采集掃描時發(fā)出的熒光，生成熒光圖像；所述雙色鏡設(shè)于所述掃描元件與聚焦元件之間。以下結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下在步驟SlOl中，產(chǎn)生激發(fā)光；本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選工作頻率為76MHz，周期為120fs，中心波長為SOOnm的飛秒(超短)脈沖激光作為激發(fā)光，此激發(fā)光可實(shí)現(xiàn)熒光物質(zhì)的雙光子激發(fā)。通常，對脈沖激光進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn)直并調(diào)整其強(qiáng)度分布，形成強(qiáng)度均勻分布的平頂光束。在步驟S102中，將激發(fā)光分為多個子光束，多個子光束對應(yīng)于樣品的多個子區(qū)域，樣品內(nèi)分布有熒光物質(zhì)；本實(shí)用新型實(shí)施例將強(qiáng)度均勻分布的激發(fā)光分為多個子光束，該多個子光束一一對應(yīng)于具有熒光物質(zhì)的樣品的多個子區(qū)域。在步驟S103中，調(diào)整多個子光束，使各子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)并聚焦于樣品的子區(qū)域；本實(shí)用新型實(shí)施例使多個子光束并行傳導(dǎo)至生物體內(nèi)，各自聚焦于樣品的子區(qū)域。具體地，先使多個子光束耦合進(jìn)入柔性介質(zhì)，多個子光束經(jīng)由柔性介質(zhì)并行進(jìn)入生物體內(nèi)，于生物體內(nèi)多個子光束經(jīng)聚焦形成激發(fā)光陣列點(diǎn)分別投射至與之對應(yīng)的子區(qū)域。其中柔性介質(zhì)為光子晶體光纖陣列，其輸入端位于生物體外，輸出端位于生物體內(nèi)。多個子光束耦合進(jìn)入柔性介質(zhì)之前，需對各個子光束進(jìn)行準(zhǔn)直，使各個子光束成為平行光。多個子光束從柔性介質(zhì)輸出之后，亦需對其進(jìn)行準(zhǔn)直，便于各子光束聚焦于與之對應(yīng)的樣品子區(qū)域。在步驟S104中，利用多個子光束對樣品進(jìn)行掃描，使各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光；本實(shí)用新型實(shí)施例將掃描分為線掃描和步進(jìn)掃描，具體過程如下1、線掃描多個子光束經(jīng)聚焦形成激發(fā)光陣列點(diǎn)投射至樣品，沿樣品縱向?qū)Ω髯訁^(qū)域進(jìn)行線掃描，各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)在激發(fā)光陣列點(diǎn)的作用下發(fā)出熒光。此線掃描的速度快、時間短。2、步進(jìn)掃描對各個子區(qū)域縱向的線掃描結(jié)束后，沿樣品橫向?qū)Ω鱾€子區(qū)域進(jìn)行步進(jìn)掃描即調(diào)整激發(fā)光陣列點(diǎn)在樣品橫向的位置。循環(huán)執(zhí)行上述線掃描和步進(jìn)掃描，直至完成對樣品各個子區(qū)域的掃描。應(yīng)當(dāng)理解， 具體實(shí)施時還可以調(diào)換線掃描與步進(jìn)掃描的方向。此外，還可對樣品進(jìn)行隨機(jī)掃描，對樣品各個子區(qū)域完成掃描即可。在步驟S105中，實(shí)時采集掃描時發(fā)出的熒光，生成熒光圖像。本實(shí)用新型實(shí)施例對各子區(qū)域掃描的同時，采集各子區(qū)域內(nèi)熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光，生成熒光圖像。具體地，先由傳像光纖導(dǎo)出各子區(qū)域內(nèi)熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光，接著由探測器獲取熒光的強(qiáng)度信息及該熒光于樣品中的位置信息，最后由熒光的位置及強(qiáng)度信息生成熒光圖像。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，如ROM/ RAM、磁盤、光盤等。圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明， 僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)具有一激發(fā)光路和一探測光路。激發(fā)光路包括激發(fā)光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置、整形器、分光器、準(zhǔn)直透鏡、第一耦合透鏡、光子晶體光纖陣列、第一自聚焦透鏡、掃描鏡以及微物鏡。探測光路包括微物鏡、雙色鏡、第二自聚焦透鏡、傳像光纖束、第二耦合透鏡、濾光元件、成像透鏡以及探測器。其中微物鏡為激發(fā)光路和探測光路所共用。以下對激發(fā)光路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選鈦寶石飛秒激光器1作為激發(fā)光源，其可產(chǎn)生中心波長為SOOnm、頻率為76MHz、周期為120fs的脈沖激光，該脈沖激光可實(shí)現(xiàn)熒光物質(zhì)的雙光子激發(fā)。脈沖激光經(jīng)由擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置2變成所需尺寸的準(zhǔn)直光。本實(shí)用新型實(shí)施例中，整形器為光束整形器3，準(zhǔn)直的脈沖激光經(jīng)光束整形器3整形，形成強(qiáng)度均勻分布的平頂光束。分光器可為微透鏡陣列、衍射光學(xué)元件或分束器，本實(shí)施例優(yōu)選微透鏡陣列4，平頂分布的脈沖激光經(jīng)微透鏡陣列4被分成多個子光束，多個子光束對應(yīng)樣品12的多個子區(qū)域，本實(shí)施例中微透鏡陣列4為3X3微透鏡陣列即微透鏡陣列具有九個微物鏡。其中準(zhǔn)直透鏡5的后焦面與微透鏡陣列4的前焦面重合，子光束在微透鏡陣列4 的前焦面即在準(zhǔn)直透鏡5的后焦面聚焦，各子光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡5均變?yōu)槠叫泄獾淖庸馐?。在本?shí)用新型實(shí)施例中，多個子光束經(jīng)第一耦合透鏡6聚焦耦合進(jìn)入光子晶體光纖陣列7。光子晶體光纖陣列7由多根光子晶體光纖等間距排列形成，光子晶體光纖的個數(shù)及其排列方式與微透鏡陣列4的相同。多個子光束經(jīng)光子晶體光纖陣列7傳導(dǎo)至生物體內(nèi)， 從光子晶體光纖陣列7出射的多個子光束經(jīng)第一自聚焦透鏡8投射至掃描鏡9。自聚焦透鏡為折射率沿徑向漸變的棒透鏡，各子光束經(jīng)第一自聚焦透鏡8均變?yōu)槠叫泄狻８髯庸馐?jīng)掃描鏡9投射至具有熒光物質(zhì)的樣品12，樣品12與掃描鏡9之間設(shè)有起會聚作用的微物鏡11。所述掃描鏡9優(yōu)選為MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng))掃描鏡，MEMS掃描鏡為二維掃描鏡，可對樣品進(jìn)行線掃描及步進(jìn)掃描。如圖3所示，各子光束經(jīng)本激發(fā)光路傳導(dǎo)后形成激發(fā)光陣列點(diǎn)并聚焦于樣品12的子區(qū)域，激發(fā)樣品12內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。與此相對應(yīng)地，該熒光亦具有多個子光束。以下對探測光路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型實(shí)施例探測光路中雙色鏡10設(shè)于掃描鏡9與微物鏡11之間，雙色鏡 10對中心波長為800nm的脈沖激光高透，對波長為400 700nm的熒光高反，雙色鏡10與熒光之間的夾角為45°或135°。上述熒光由微物鏡11收集，形成多束準(zhǔn)直的熒光子光束，雙色鏡10將此熒光從激發(fā)光路反射出來，經(jīng)第二自聚焦透鏡13聚焦于傳像光纖束14 的體內(nèi)端。熒光子光束由傳像光纖束14從生物體內(nèi)導(dǎo)出，經(jīng)第二耦合透鏡13轉(zhuǎn)化成多路平行光，經(jīng)濾光元件16濾除激發(fā)光及其它雜散光，由成像透鏡17聚焦到探測器18的敏感面。探測器18實(shí)時采集掃描鏡9掃描時發(fā)出的熒光，從而獲取熒光的強(qiáng)度信息及該熒光于樣品12中的位置信息，最后由熒光的位置及強(qiáng)度信息生成熒光圖像。其中樣品12內(nèi)激發(fā)光陣列點(diǎn)的焦平面與傳像光纖束14的體內(nèi)端面互為共軛面， 傳像光纖束14的體外端面與探測器18的敏感面互為共軛面，也就是說從樣品12中不同位置激發(fā)出的熒光經(jīng)微物鏡11和第二自聚焦透鏡13聚焦到傳像光纖束14體內(nèi)端面的對應(yīng)位置，由傳像光纖束14傳到體外端面的對應(yīng)位置，再由第二耦合透鏡15和成像透鏡17聚焦到探測器18的對應(yīng)位置。這樣，探測器18即可對樣品12內(nèi)焦平面的熒光進(jìn)行探測，生成熒光圖像。本實(shí)用新型實(shí)施例中，探測器18為用于獲取熒光的強(qiáng)度及空間信息的面陣探測器，面陣探測器優(yōu)選為CCD相機(jī)或CMOS相機(jī)。面陣探測器與計(jì)算機(jī)21連接，計(jì)算機(jī)21存儲、處理和讀取探測器18所探測的熒光強(qiáng)度及位置信息，且由計(jì)算機(jī)21控制面陣探測器的
曙光ο通常，掃描鏡9 一開始掃描，探測器18即開始曝光；對樣品12掃描完成時，探測器 18曝光結(jié)束。探測器18的曝光時間與掃描鏡9的掃描時間相同，掃描時間可以是對樣品完成一次掃描的時間，也可以是掃描一次時間的整數(shù)倍。本實(shí)用新型實(shí)施例將激發(fā)光分為與樣品多個子區(qū)域一一對應(yīng)的多個子光束，使該多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)，各子光束聚焦于樣品的子區(qū)域，形成多點(diǎn)激發(fā)熒光，將熒光導(dǎo)出，并由多個子光束對樣品進(jìn)行二維掃描，從而獲取整個樣品的熒光圖像，時間短、速度快， 對生物體損傷小，有利于生物醫(yī)學(xué)的研究，特別是對癌癥早期診斷，具有重要意義。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；分光器，用于將所述激發(fā)光分為多個子光束，所述多個子光束對應(yīng)于樣品的多個子區(qū)域，所述樣品內(nèi)分布有熒光物質(zhì)；柔性介質(zhì)，用于調(diào)整所述多個子光束，使所述多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)； 聚焦元件，用于使各子光束聚焦于所述樣品的子區(qū)域；掃描元件，用于利用所述多個子光束對所述樣品進(jìn)行掃描，使各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光；雙色鏡及傳像介質(zhì)，用于將所述熒光從所述生物體內(nèi)導(dǎo)出； 探測器，用于實(shí)時采集掃描時發(fā)出的熒光，生成熒光圖像； 所述雙色鏡設(shè)于所述掃描元件與聚焦元件之間。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激發(fā)光源與所述分光器之間還設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，用于調(diào)整所述激發(fā)光的尺寸并進(jìn)行準(zhǔn)直；整形器，用于調(diào)整所述激發(fā)光的強(qiáng)度分布，使所述激發(fā)光的強(qiáng)度分布均勻；所述分光器與所述柔性介質(zhì)之間還設(shè)有準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直各子光束，使各子光束成為平行光；第一耦合透鏡，用于使各子光束耦合進(jìn)入所述柔性介質(zhì)；所述柔性介質(zhì)與所述掃描鏡之間還設(shè)有第一自聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直從所述柔性介質(zhì)輸出的各個子光束；所述雙色鏡與所述傳像介質(zhì)之間還設(shè)有第二自聚焦透鏡，用于使所述熒光聚焦于所述傳像介質(zhì)的體內(nèi)端；所述傳像介質(zhì)與所述探測器之間還設(shè)有第二耦合透鏡，用于準(zhǔn)直從所述傳像介質(zhì)輸出的熒光；成像透鏡，用于將所述熒光成像于所述探測器；所述聚焦元件為微物鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述分光器為微透鏡陣列、衍射光學(xué)元件或分束器，所述微透鏡陣列的前焦面與所述準(zhǔn)直透鏡的后焦面重合；所述柔性介質(zhì)為光子晶體光纖陣列，所述傳像介質(zhì)為傳像光纖束。
4.如權(quán)利要求3所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光由所述微物鏡收集， 并形成多束準(zhǔn)直的熒光子光束；所述雙色鏡將所述熒光子光束從激發(fā)光路反射出來，經(jīng)所述第二自聚焦透鏡聚焦于所述傳像光纖束的體內(nèi)端。
5.如權(quán)利要求4所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品內(nèi)激發(fā)光陣列點(diǎn)的焦平面與所述傳像光纖束的體內(nèi)端面互為共軛面，所述傳像光纖束的體外端面與所述探測器的敏感面互為共軛面。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器為與計(jì)算機(jī)連接的面陣探測器。
7.如權(quán)利要求6所述的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，所述掃描元件為可進(jìn)行二維掃描的MEMS掃描鏡。
專利摘要本實(shí)用新型適用于光電檢測領(lǐng)域，提供了一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激發(fā)光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；分光器，用于將所述激發(fā)光分為多個子光束，所述多個子光束對應(yīng)于樣品的多個子區(qū)域，所述樣品內(nèi)分布有熒光物質(zhì)；柔性介質(zhì)，用于調(diào)整所述多個子光束，使所述多個子光束傳導(dǎo)至生物體內(nèi)；掃描元件，用于利用所述多個子光束對所述樣品進(jìn)行掃描，使各子區(qū)域內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出熒光；探測器，用于實(shí)時采集掃描時發(fā)出的熒光，生成熒光圖像；所述雙色鏡設(shè)于所述掃描元件與聚焦元件之間。本實(shí)用新型由多個子光束對樣品進(jìn)行二維掃描，從而獲取整個樣品的熒光圖像，時間短、速度快，對生物體損傷小，有利于生物醫(yī)學(xué)的研究，特別是對癌癥早期診斷，具有重要意義。
文檔編號A61B5/00GK202069570SQ20102065022
公開日2011年12月14日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者屈軍樂, 牛憨笨, 邵永紅 申請人:深圳大學(xué)