一種自體熒光壽命成像和熒光光譜結(jié)合用于癌癥早期診斷的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于癌癥早期診斷的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)診斷是生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的重要內(nèi)容，它是利用光學(xué)的方法來檢查和分析疾病。光學(xué)診斷的技術(shù)可以劃分為兩類:組織光譜診斷和組織光學(xué)成像診斷。激光誘導(dǎo)自體熒光光譜技術(shù)是一種有效的光學(xué)診斷方法。人體癌變組織和正常組織相比，生物分子組分發(fā)生改變，因此發(fā)出的熒光存在差異，利用激光誘導(dǎo)熒光光譜適合于收集新陳代謝或結(jié)構(gòu)機能的數(shù)據(jù)，從而達到診斷癌癥的目的。利用熒光光譜技術(shù)可以為癌癥的早期診斷提供實驗依據(jù)，并且為腫瘤后續(xù)的治療方法提供參考，目前此技術(shù)已有所發(fā)展，已逐漸地被應(yīng)用于人體病變組織的光學(xué)診斷。熒光光譜可以提供很重要的信息，但是給出的只是平均化的結(jié)果，不能體現(xiàn)生物組織中不同熒光分子物質(zhì)的來源或相同熒光分子的微環(huán)境差異。而熒光壽命僅與熒光分子所處的微環(huán)境有關(guān)，不受激發(fā)光強度變化、光漂白等因素的影響。因此，焚光壽命成像與壽命分析將對分子所處微環(huán)境中的許多物理、生物、化學(xué)參數(shù)如離子濃度、氧含量、pH值等提供信息。將熒光壽命分析和熒光光譜相結(jié)合，可以獲得關(guān)于生物組織的新陳代謝變化、結(jié)構(gòu)功能差異等更多層次的信息，有望對于早期癌癥實現(xiàn)高靈敏度診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種熒光壽命成像和熒光光譜測量結(jié)合的用于癌癥早期診斷的裝置，通過對生物樣本進行自體熒光壽命和熒光光譜的測量獲得與癌變相關(guān)的新陳代謝、結(jié)構(gòu)功能異常等信息，從而對癌癥進行早期診斷，提高準確性，降低誤診率。
[0004]本實用新型提供的自體熒光壽命成像和熒光光譜相結(jié)合用于癌癥早期診斷裝置，是將熒光壽命成像測量和熒光光譜測量與激光掃描共聚焦顯微鏡耦合，用于觀察生物樣本的細胞學(xué)形態(tài)，結(jié)合自體熒光壽命與光譜信息實現(xiàn)癌癥早期診斷的新型裝置。該裝置包括激光掃描共聚焦顯微鏡裝置和兩路熒光信號采集裝置，分別由不同的探測器接收熒光壽命信息和熒光光譜信息，并利用計算機處理系統(tǒng)對自體熒光壽命信息和熒光光譜信息進行處理。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置由激光光源1，XY方向兩個振鏡2，第一反射鏡3，第二反射鏡4，雙色鏡5，第一會聚透鏡組6，物鏡7，載物臺8，針孔9，第三反射鏡10，可移動滑塊11，第二會聚透鏡組12，第一濾色片13，光電倍增管14，第四反射鏡15，第三會聚透鏡組16，第二濾色片17，光柵光譜儀18，CXD探測儀19，主計算機20，顯示屏21，振鏡控制模塊22，同步信號23組成。其中:
[0005]激光光源1，用于產(chǎn)生激發(fā)光；
[0006]XY方向兩個振鏡2，與所述激光光源I連接，用于實現(xiàn)所述激光光源對被檢生物樣本水平方向的掃描；
[0007]振鏡控制模塊22，與所述的XY方向兩個振鏡連接，用于控制XY振鏡的掃描位置與掃描速度；
[0008]第一反射鏡3，與所述的XY方向兩個振鏡2連接，用于將所述的激發(fā)光調(diào)整至第二反射鏡4 ；
[0009]第二反射鏡4，與所述第一反射鏡3連接，用于將所述的激發(fā)光調(diào)整至雙色鏡5 ;
[0010]雙色鏡5，與所述第二反射鏡4連接；雙色鏡5將生物樣本的自體熒光和激發(fā)光進行分離；即雙色鏡5反射激發(fā)光，并透射被檢生物樣本產(chǎn)生的自體熒光，使其進入熒光采集光路；
[0011]第一會聚透鏡組6，與所述雙色鏡5連接，用于會聚所述激發(fā)光和自體熒光；
[0012]物鏡7，與所述第一會聚透鏡組6連接，用于將所述會聚后的激發(fā)光聚焦于被檢生物樣本上，激發(fā)誘導(dǎo)生物樣本內(nèi)的熒光分子發(fā)射熒光；
[0013]載物臺8，與所述物鏡連接，用于放置被檢生物樣本；
[0014]針孔9，與所述雙色鏡5連接，位于激發(fā)光焦點共軛的位置，用于濾掉焦平面外的雜散光；
[0015]第三反射鏡10，與所述針孔9連接，用于反射被檢生物樣本發(fā)射的自體熒光；
[0016]可移動滑塊11，與所述第三反射鏡10連接，用于控制所述第三反射鏡的位置；
[0017]第二會聚透鏡組12，與所述第三反射鏡10連接，用于會聚所述被檢生物樣本發(fā)射的自體熒光；
[0018]第一濾色片13，與所述第二會聚透鏡組12連接；
[0019]光電倍增管14，與所述第一濾色片13連接，用于探測所述的自體熒光信號；
[0020]第四反射鏡15，與所述針孔9連接，用于反射被檢生物樣本發(fā)射的自體熒光；
[0021]第三會聚透鏡組16，與所述第四反射鏡15連接，用于會聚所述生物樣本發(fā)射的自體熒光；
[0022]第二濾色片17，與所述第三會聚透鏡組16連接；
[0023]光柵光譜儀18和電荷耦合器(XD19與所述第二濾色片17連接，用于采集所述熒光的光譜信息；
[0024]同步信號23從激發(fā)光源輸出，并送入主計算機20，用于觸發(fā)時間相關(guān)單光子計數(shù)器。
[0025]本實用新型中，所述激光光源I可采用高重復(fù)頻率的皮秒或飛秒脈沖激光器，其中，皮秒脈沖激光器用于對被檢生物樣本中自體熒光物質(zhì)的單光子激發(fā)，飛秒脈沖激光器用于對被檢生物樣本中自體熒光物質(zhì)的多光子激發(fā)。
[0026]本實用新型中，所述激光光源I可以采用連續(xù)光激光器，也可以采用準連續(xù)光激光器，用于對被檢生物樣本熒光光譜的測量。
[0027]本實用新型中，所用激光器的光譜范圍既可以是固定波長的，也可以是可調(diào)波長的，波長允許變化范圍可從近紫外到近紅外(如320nm-1400nm，用于單光子激發(fā)或多光子激發(fā))，根據(jù)被檢生物樣本不同熒光物質(zhì)選擇不同波長進行檢測。
[0028]本實用新型中，采用高靈敏度的光電倍增管14，用于探測自體熒光的單光子信號，實現(xiàn)對弱信號進行高靈敏度的探測。
[0029]本實用新型中，采用時間相關(guān)單光子計數(shù)器對光電倍增管探測的信號進行熒光壽命的時域測量。
[0030]本實用新型中，分離出的自體熒光信號通過第一濾色片(截止濾波片)13后輸入光電倍增管14，或通過第一濾色片17 (截止濾波片)輸入光柵光譜儀18。
[0031]本實用新型中，XY方向兩個振鏡2分別通過振鏡控制模塊22的控制改變加在兩片振鏡上的電壓，從而改變振鏡的掃描速度與位置，獲得不同微區(qū)生物樣品的信息。
[0032]本實用新型中，第三反射鏡10為可移動反射鏡，用于兩路熒光探測光路的選擇。所述的第三反射鏡10位于激光掃描共聚焦顯微鏡裝置中針孔9的下方，并與可移動滑塊11連接，通過簡單的推拉控制實現(xiàn)探測光路的選擇:當可移動滑塊11處于推進位置時，熒光信號經(jīng)第三反射鏡10進入熒光壽命測量光路，進行熒光壽命信息的采集；當可移動滑塊11處于拉出位置時，熒光信號經(jīng)第四反射鏡15反射進入熒光光譜測量光路，進行熒光光譜信息的米集。
[0033]本實用新型中，被檢生物樣本自體熒光壽命圖像中每一像素點的熒光壽命信息利用多指數(shù)模型進行擬合。
[0034]本實用新型中，所述激光掃描共聚焦顯微鏡系統(tǒng)中的物鏡7可以是低倍鏡，也可以是高倍鏡，如10倍-100倍物鏡，用于滿足不同放大倍率觀察的要求。
[0035]本實用新型中，所述針孔9大小可以改變，其范圍是60 μπι-300 μm，根據(jù)選擇合適的針孔大小來獲得明亮的、噪聲低的熒光壽命成像結(jié)果。
[0036]本實用新型中，采用高性能的濾色片對可能透射的激光進行過濾，并過濾掉其他雜散光，只剩下自體熒光信號進入采集裝置，降低背景影響，提高信噪比。
[0037]本實用新型中，當可移動滑塊11處于推進位置時，第三反射鏡10進入光路，從而使針孔9透射的自體熒光反射，經(jīng)第二會聚透鏡組12會聚后，傳輸至第一濾色片13，濾掉生物樣本反射的激發(fā)光，經(jīng)光電倍增管14探測后，由時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)采集處理并分析被檢生物樣本的熒光壽命成像數(shù)據(jù)。當可移動滑塊11處于拉出位置時，第三反射鏡10遠離光路，則針孔9透射的自體熒光傳輸至第四反射鏡15，反射后經(jīng)第三會聚透鏡組16會聚，由第二濾色片17濾掉反射的激發(fā)光后，由光柵光譜儀18和電荷耦合器件19采集，最后由配置有熒光光譜處理軟件的主計算機20分析其熒光光譜信息。
[0038]本實用新型實施例中，第三反射鏡10、可移動滑塊11和滑軌24組成可移動反射鏡裝置，圖2所示，第三反射鏡10通過連接桿與可移動滑塊11連接，可移動滑塊11設(shè)有把手27。第三反射鏡10與針孔9成45°角放置。可移動滑塊11處于推進狀態(tài)即位于位置25，可移動滑塊11處于拉出狀態(tài)即處于位置26。
[0039]采用本實用新型裝置，能直接檢測出被檢生物樣本的熒光圖像、熒光壽命、熒光光譜等多維度信息，實現(xiàn)對多種癌癥進行早期檢查和診斷。這種早期診斷的方法和裝置的優(yōu)點是:原理明確，設(shè)備簡單，操作便捷，檢查獲得的各層面信息多，檢測速度快，效率高，可實現(xiàn)對早期癌變的高靈敏檢測，在生物醫(yī)學(xué)、臨床診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0040]圖1是本實用新型的自體熒光壽命和熒光光譜結(jié)合用于癌癥早期診斷的裝置示意圖。
[0041]圖2是本實用新型中可移動反射鏡的裝置示意圖。
[0042]圖中標號:1為激光光源，2為XY方向兩個振鏡，3為第一反射鏡，4為第二反射鏡，5為雙色鏡，6為第一會聚透鏡組，7為物鏡8:載物臺，9為針孔，10為第三反射鏡，11為可移動滑塊，12為第二會聚透鏡組，13為第一濾色片，14為光電倍增管，15為第四反射鏡，16為第三會聚透鏡組，17為第二濾色片，18為光柵光譜儀，19為CXD探測儀，20為主機，21為顯示屏，22為振鏡控制模塊，23為同步信號；24為滑軌，25為推進狀態(tài)位置，26為拉出狀態(tài)位置，27為可推拉滑塊11的把手。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實施