一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型適用于顯微成像領(lǐng)域，提供一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光產(chǎn)生單元、共振振鏡掃描單元、物鏡單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和控制處理單元；激發(fā)光產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生激發(fā)光并入射至共振振鏡掃描單元；激發(fā)光經(jīng)共振振鏡掃描單元掃描后進(jìn)入物鏡單元；物鏡單元將入射的激發(fā)光耦合后進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像，同時(shí)目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)物鏡單元進(jìn)行收集后入射至信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后，傳輸至控制處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。本實(shí)用新型能夠解決傳統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)無(wú)法對(duì)生物組織更深層次的快速成像的問(wèn)題，適用于活體小動(dòng)物深層組織的快速成像。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種焚光內(nèi)窺成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于熒光內(nèi)窺成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于一種基于物鏡耦合梯度折射率透鏡的熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光顯微技術(shù)是基于樣品的熒光發(fā)射特征，能夠?qū)晒夥肿臃N類(lèi)及其分布進(jìn)行成像。主要測(cè)量被激發(fā)樣品不同位置發(fā)射的不同波長(zhǎng)的熒光信號(hào)強(qiáng)度。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外顯微成像技術(shù)快速發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)成像中常見(jiàn)的顯微技術(shù)有:單光子焚光成像、雙光子焚光成像、多光譜焚光成像、焚光分子斷層成像、二次諧波顯微成像、相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像等。
[0004]傳統(tǒng)單光子熒光顯微技術(shù)，雖然在活體細(xì)胞檢測(cè)以及組織樣片檢測(cè)上都已經(jīng)有很好的應(yīng)用，但是其成像深度非常有限(一般只有幾百個(gè)微米)。隨著生命科學(xué)的快速發(fā)展，對(duì)小動(dòng)物的活體深層成像已成為熱門(mén)研究課題。然而，目前傳統(tǒng)的顯微成像系統(tǒng)中物鏡的工作距離很有限，這大大限制了成像系統(tǒng)的應(yīng)用，因此它們的應(yīng)用局限在表面組織，例如表皮細(xì)胞、暴露的內(nèi)部器官等。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)工作距離有限，無(wú)法對(duì)生物組織更深層組織細(xì)胞的快速成像的問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光產(chǎn)生單元、共振振鏡掃描單元、物鏡單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和控制處理單元;所述共振振鏡掃描單元和所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元分別與所述控制處理單元相連接；
[0007]所述激發(fā)光產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生激發(fā)光并入射至所述共振振鏡掃描單元;所述激發(fā)光經(jīng)所述共振振鏡掃描單元掃描后進(jìn)入所述物鏡單元；
[0008]所述物鏡單元將入射的激發(fā)光耦合后進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像，同時(shí)所述目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)所述物鏡單元進(jìn)行收集后入射至所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；
[0009]所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后，傳輸至所述控制處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。
[0010]進(jìn)一步地，所述激發(fā)光產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為810nm的激發(fā)光。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述共振振鏡掃描單兀包括第一反射鏡、第二反射鏡和共振振鏡掃描豐旲塊;
[0012]所述激發(fā)光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激發(fā)光經(jīng)所述第一反射鏡和第二反射鏡進(jìn)行光路調(diào)整后，入射至所述共振振鏡掃描模塊進(jìn)行快速掃描進(jìn)入所述物鏡單元；
[0013]所述共振振鏡掃描模塊，用于在所述控制處理單元的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射的激發(fā)光的快速掃描。
[0014]進(jìn)一步地，所述物鏡單元包括第一透鏡、第二透鏡、第三反射鏡、雙色鏡、第四反射鏡、物鏡和GRIN透鏡；
[0015]所述第一透鏡和第二透鏡用于調(diào)整經(jīng)過(guò)所述共振振鏡掃描單元后的激發(fā)光的光斑大?。?br>[0016]調(diào)整后的激發(fā)光經(jīng)所述第三反射鏡反射后入射至所述雙色鏡，被所述雙色鏡進(jìn)行全反射再經(jīng)過(guò)所述第四反光鏡反射后進(jìn)入所述物鏡，然后耦合至所述GRIN透鏡中，最終進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像；
[0017]所述目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)所述物鏡單元進(jìn)行收集后，經(jīng)所述第四反射鏡反射和所述雙色鏡透射后入射至所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元。
[0018]進(jìn)一步地，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元包括第三透鏡、濾波片和光電倍增管；
[0019]入射的熒光信號(hào)經(jīng)所述第三透鏡進(jìn)行聚焦后，然后經(jīng)所述濾波片進(jìn)行濾波后入射至所述光電倍增管；
[0020]所述光電倍增管用于將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大后傳輸至所述控制處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。
[0021]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本實(shí)用新型由于使用了共振振鏡作為掃描系統(tǒng)，使成像速度有了大幅度的提升；同時(shí)采用GRIN透鏡作為內(nèi)窺探頭使系統(tǒng)的成像深度達(dá)到較深的水平，能夠解決傳統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)無(wú)法對(duì)生物組織更深層次的快速成像的問(wèn)題，適用于活體小動(dòng)物深層組織的快速成像，還可以進(jìn)而尋求最佳解決方案，力求尋找最佳熒光染料、最有效的小動(dòng)物活體觀測(cè)系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]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(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)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。
[0025]本實(shí)用新型專(zhuān)利的目的在于提供一種適用于生物組織內(nèi)，深層快速成像的熒光顯微系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)無(wú)法對(duì)生物組織更深層組織細(xì)胞的快速成像，進(jìn)而尋求最佳解決方案，力求尋找最佳熒光染料、最有效的小動(dòng)物活體深層快速成像系統(tǒng)。
[0026]基于上述原因，本實(shí)用新型提供了如圖1所示的一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，包括激發(fā)光產(chǎn)生單元1、共振振鏡掃描單元2、物鏡單元3、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元4和控制處理單元5;共振振鏡掃描單元2和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元4分別與控制處理單元5相連接；
[0027]激發(fā)光產(chǎn)生單元I，用于產(chǎn)生激發(fā)光并入射至共振振鏡掃描單元2;所述激發(fā)光經(jīng)共振振鏡掃描單元2的掃描后進(jìn)入物鏡單元3 ；
[0028]物鏡單元3將入射的激發(fā)光進(jìn)行耦合后進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像，同時(shí)所述目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)物鏡單元3進(jìn)行收集后入射至信號(hào)轉(zhuǎn)換單元4;
[0029]信號(hào)轉(zhuǎn)換單元4將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后，傳輸至控制處理單元5進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。
[0030]共振振鏡掃描單元2包括第一反射鏡、第二反射鏡和共振振鏡掃描模塊；
[0031 ]物鏡單元3包括第一透鏡、第二透鏡、第三反射鏡、雙色鏡、第四反射鏡、物鏡和GRIN透鏡；
[0032]信號(hào)轉(zhuǎn)換單元4包括第三透鏡、濾波片和光電倍增管。
[0033]在本實(shí)用新型中，控制處理單元可以為具備大型計(jì)算能力的服務(wù)器，具體的，在本實(shí)施例中，使用的是計(jì)算機(jī)。
[0034]下面結(jié)合圖2對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地闡述:
[0035]如圖2所示，一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)包括:
[0036]激發(fā)光產(chǎn)生單元I，包括激光器，用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為SlOnm的激發(fā)光；
[0037]共振振鏡掃描模塊，用Labview軟件控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)光的快速掃描；
[0038]物鏡，實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)光的聚焦和對(duì)熒光信號(hào)的收集；
[0039]GRIN透鏡，耦合經(jīng)過(guò)物鏡聚焦后的激發(fā)光，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物樣品的深層成像；
[0040]雙色鏡DM，實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)光的反射，對(duì)熒光信號(hào)的透視；
[0041]光電倍增管PMT，進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大；
[0042]電腦，用于控制共振振鏡，同時(shí)對(duì)來(lái)自PMT的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像；
[0043]其中，激光器選取:為了實(shí)現(xiàn)雙光子成像，本實(shí)用新型所使用的激光器是光譜物理的Ma i Ta i飛秒可調(diào)諧激光器，輸出波長(zhǎng)的可調(diào)諧范圍為690nm-10 30nm，脈沖寬度為10fs,重復(fù)頻率為80MHz。
[0044]雙色片DM的選取:由于要實(shí)現(xiàn)激發(fā)光的反射和熒光信號(hào)的透視，本實(shí)用新型選取高透(400nm_662nm)高反(662_1200nm)的雙色片。
[0045]濾波片F(xiàn)的選取:由于本實(shí)用新型選用的綠色熒光蛋白和FITC染料的熒光發(fā)射波長(zhǎng)峰值在509nm和518nm，所以選取525nm中心波長(zhǎng)、帶寬50nm的帶通發(fā)射濾光片，濾掉波長(zhǎng)小于500nm的激發(fā)光，透射發(fā)射焚光信號(hào)。
[0046]GRIN透鏡選取:德國(guó)Jenlab公司提供的內(nèi)窺成像GRIN透鏡，型號(hào)GT-M0-080-018-810；工作波長(zhǎng)為8 1nm，放大倍率為4.8倍，物方數(shù)值孔徑NA = 0.8，像方數(shù)據(jù)孔徑NA=0.18,水下工作距離200ym，GRIN長(zhǎng)度4.1_。
[0047]物鏡選取:由于要滿(mǎn)足40倍以上的放大要求，而是用的GRIN透鏡放大倍率為4.65倍，因此綜合上述要求我們選取的物鏡為1倍的奧林巴斯物鏡RMS1X-PF，其參數(shù)為:放大倍率:1OX;數(shù)值孔徑NA = 0.3；工作距離WD = 10mm；孔徑光闌D = 12mm。
[0048]擴(kuò)束透鏡L1、L2選取:為了能夠充分利用物鏡孔徑NA，因此需要對(duì)激光光斑進(jìn)行擴(kuò)束，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試后，最后選用一對(duì)50mm和250mm的透鏡作為擴(kuò)束透鏡組。
[0049]本實(shí)用新型的主要工作是研發(fā)一套適用于觀察小動(dòng)物活體深層組織的動(dòng)態(tài)成像，該系統(tǒng)能夠幫助解決傳統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)無(wú)法對(duì)生物組織更深層次的快速成像，進(jìn)而尋求最佳解決方案，力求尋找最佳熒光染料、最有效的小動(dòng)物活體觀測(cè)系統(tǒng)。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，本實(shí)用新型在廣泛調(diào)研、分析設(shè)計(jì)以及初期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上得到了如下的詳細(xì)實(shí)施方案:
[0050]首先根據(jù)本實(shí)用新型的目標(biāo)，設(shè)計(jì)如圖2所示的系統(tǒng)工作原理光路圖。激光從激光器出來(lái)后，首先經(jīng)過(guò)共振振鏡的掃描，然后經(jīng)過(guò)透鏡組合(LI和L2)來(lái)調(diào)整經(jīng)過(guò)掃描共振振鏡的光斑大小，確保擴(kuò)束后的光斑大小完全充滿(mǎn)物鏡的光瞳，這樣才能充分利用物鏡的成像能力，擴(kuò)束后的激發(fā)光經(jīng)過(guò)雙色鏡DM全反射進(jìn)入物鏡，然后耦合到GRIN透鏡中，最終進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像，被激發(fā)的熒光信號(hào)經(jīng)過(guò)物鏡收集后沿激發(fā)光的光路返回，到達(dá)雙色鏡DM后經(jīng)過(guò)透鏡L3聚焦，再經(jīng)過(guò)濾波片F(xiàn)過(guò)濾后到達(dá)PMT進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大，最后通過(guò)電腦中的軟件對(duì)來(lái)自PMT的點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行處理成像。
[0051]在應(yīng)用試驗(yàn)中，首先進(jìn)行是已有生物樣片的雙光子激發(fā)成像，接下來(lái)，為了利用GRIN透鏡的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行內(nèi)窺成像。
[0052]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熒光內(nèi)窺成像系統(tǒng)，其特征在于，包括激發(fā)光產(chǎn)生單元、共振振鏡掃描單元、物鏡單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和控制處理單元;所述共振振鏡掃描單元和所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元分別與所述控制處理單元相連接； 所述激發(fā)光產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生激發(fā)光并入射至所述共振振鏡掃描單元;所述激發(fā)光經(jīng)所述共振振鏡掃描單元掃描后進(jìn)入所述物鏡單元； 所述物鏡單元將入射的激發(fā)光耦合后進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像，同時(shí)所述目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)所述物鏡單元進(jìn)行收集后入射至所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元； 所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后，傳輸至所述控制處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。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)光產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為810nm的激發(fā)光。3.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，所述共振振鏡掃描單元包括第一反射鏡、第二反射鏡和共振振鏡掃描模塊； 所述激發(fā)光產(chǎn)生單元產(chǎn)生的激發(fā)光經(jīng)所述第一反射鏡和第二反射鏡進(jìn)行光路調(diào)整后，入射至所述共振振鏡掃描模塊進(jìn)行快速掃描進(jìn)入所述物鏡單元； 所述共振振鏡掃描模塊，用于在所述控制處理單元的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射的激發(fā)光的快速掃描。4.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，所述物鏡單元包括第一透鏡、第二透鏡、第三反射鏡、雙色鏡、第四反射鏡、物鏡和GRIN透鏡； 所述第一透鏡和第二透鏡用于調(diào)整經(jīng)過(guò)所述共振振鏡掃描單元后的激發(fā)光的光斑大?。?調(diào)整后的激發(fā)光經(jīng)所述第三反射鏡反射后入射至所述雙色鏡，被所述雙色鏡進(jìn)行全反射再經(jīng)過(guò)所述第四反光鏡反射后進(jìn)入所述物鏡，然后耦合至所述GRIN透鏡中，最終進(jìn)入目標(biāo)組織中實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺成像； 所述目標(biāo)組織經(jīng)激發(fā)光激發(fā)后產(chǎn)生的熒光信號(hào)經(jīng)所述物鏡單元進(jìn)行收集后，經(jīng)所述第四反射鏡反射和所述雙色鏡透射后入射至所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元。5.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，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元包括第三透鏡、濾波片和光電倍增管； 入射的熒光信號(hào)經(jīng)所述第三透鏡進(jìn)行聚焦后，然后經(jīng)所述濾波片進(jìn)行濾波后入射至所述光電倍增管； 所述光電倍增管用于將入射的熒光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大后傳輸至所述控制處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK205493776SQ201520890553
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日
【發(fā)明人】屈軍樂(lè), 田蜜, 嚴(yán)偉, 邵永紅, 葉彤
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)