CN103364254A - 一种位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置，该装置采用粘附固定和夹持固定两种方式固定样本，其包括：精密平移台，其可在两个垂直方向上整体调节样本的位置；固定导向装置，其用于在夹持固定样本时，与卡爪配合使得装有样本的毛细玻璃管竖直固定于卡盘体中；卡盘体，其用于导向装置、卡爪以及粘附柱的固定；卡爪，其用于在夹持固定样本时同步锁紧装有样本的毛细玻璃管，使其处于卡盘体的中心；卡爪驱动，其用于在夹持固定样本时同步锁紧卡爪；粘附柱，其用于在粘附固定时，一端粘附样本，另一端固定在卡盘体的中心。本发明系统结构合理，功能显著，操作方便，费用低。
Description
技术领域
本发明属于分子影像技术领域，尤其是一种位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置。
背景技术
光学投影断层成像(Optical Projection Tomography，OPT)技术可以实现1～10毫米尺度生物样本的结构和分子特异性成像。OPT成像过程中样本比较薄且相对透明，可见光穿过样本时散射效应可以忽略不计，样本对光子主要表现为吸收作用，因此可认为光线沿直线传播穿过样本。OPT扫描时将样本固定在一个高精度旋转台上，采用高稳定的LED或激光器作为照射源，光信号通过显微装置将信号放大后传输到高灵敏度的电子倍增式CCD探测器，系统每采集一幅二维投影图，旋转台旋转一个固定角度，系统采集下一幅图像，依次共采集360°范围内的投影数据。因此，光学投影断层成像系统扫描采集到的数据是一系列不同角度下光线穿过样本的二维投影图像。将所有投影图像运用滤波反投影方法进行重建，即可得到三维图像。
光学投影断层成像技术具有分辨率高、结构功能一体化、无辐射、成本低等诸多优点，它可以在小尺度对活体生物进行细胞水平的定性和定量研究，实现生物体的实时、无创、动态、在体成像。光学投影断层成像属于显微成像，当样本旋转时，有细微的偏差，便会被显微装置放大，最终在探测器上得到较大的偏差。一般，在数据采集时，由于机械误差使得样本的几何中心线很难和旋转台的旋转中心线重合，当采集样本360°范围内的信号时，样本围绕旋转台的旋转中心做圆周运动，即样本的运动轨迹为圆周。为了防止样本旋转出探测器的视野，只能将显微装置的放大倍数缩小，这将牺牲样本的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一套光学投影断层成像系统中的样本固定装置，通过该装置可以方便、快捷的实现样本的固定及空间位置的调整。
为达成所述目的，本发明提供了一种位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置，该装置采用粘附固定和夹持固定两种方式固定样本，其包括：
精密平移台，其可在两个垂直方向上整体调节样本的位置；
固定导向装置，其用于在夹持固定样本时，与卡爪配合使得装有样本的毛细玻璃管竖直固定于卡盘体中；
卡盘体，其用于导向装置、卡爪以及粘附柱的固定；
卡爪，其用于在夹持固定样本时同步锁紧装有样本的毛细玻璃管，使其处于卡盘体的中心；
卡爪驱动，其用于在夹持固定样本时同步锁紧卡爪；
粘附柱，其用于在粘附固定时，一端粘附样本，另一端固定在卡盘体的顶端。
本发明的有益效果是：该装置可以方便、快捷的实现样本的固定及高精度的空间位置调整，使得样本的几何中心与旋转台的旋转中心重合，从而最大限度的利用探测器的成像区域。
附图说明
图1为本发明中位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置结构示意图；
图2为本发明中位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置中各部件及组装图；
图3为本发明中位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置的组装流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。
光学投影断层成像系统采集的光信号比较微弱，而当激发状态时，激发光因反射等进入探测器的光信号比较强，有时甚至强度超过样本产生的光信号。因此，为了使本系统的反射光降低，系统中各部件均喷涂黑色吸光材料。
图1示出了本发明实施例中提出的一种位置可调的样本固定装置的结构示意图。如图1所示，该样本固定装置包含：精密平移台、固定导向装置、卡盘体、卡爪、卡爪驱动和粘附柱。该样本固定装置可采用粘附固定和夹持固定两种方式。如图1所示，当采用夹持固定时，使用毛细玻璃管承载样本，毛细玻璃管采用卡爪、卡爪驱动固定在卡盘体的顶端，且卡盘体中安装所述固定导向装置；当采用粘附固定时，通过粘附柱粘附样本并固定在卡盘体的顶端。为了减轻装置对光的反射作用，上述各个部分均喷涂黑色吸光材料。所述的精密平移台用于样本位置的精密调节。为了使得整个装置水平，在组装的每一步都通过水平仪辅助固定。当样本尺寸非常小，则显微装置的放大倍数较大，平移台非常微小的调节使得样本在探测器中的位置有较大的变化，本发明采用的精密测微丝杆的分辨率为0.5μm，能够满足系统的调节需求。
该固定装置用于将样本固定于旋转台上，由旋转台带动样本旋转，并采集360°范围内的图像，用于三维重建。该固定装置先使样本竖直固定，其轴心线与探测器中心线平行，再通过精密平移台调节样本的空间位置，使得轴心线与探测器中心线基本重合。
所述精密平移台，其通过手动调节测微丝杆可以在水平面的两个垂直方向上整体调节样本的位置。由于光学投影断层成像系统属于显微成像，平移台非常微小的移动使得样本在探测器中的位置有较大变化，所以平移台的移动精度是整个夹持系统关键参数。本系统采用的平移台具有0.5μm的分辨率，能够满足系统需要。
图2示出了本发明中位置可调的光学投影断层成像系统的组装图。如图2A、2B所示，所述固定导向装置包括孔径尺寸为0.7mm和1.4mm的两种固定导向装置。其用于使得固定有样本的毛细玻璃管竖直向上，由于当毛细玻璃管仅有卡爪一端固定时，在运动中会出现锥形运动，导致采集到的样本图像在重建后出现锥形伪影。所述固定导向装置的外表为圆柱形，直径为5.6mm，高为5.5mm且具有阳螺纹，便于固定于卡盘体中。导向装置的一端具有导向弧面，弧面中心位置处具有固定孔径，使得毛细玻璃管能够通过导向弧面顺利插入固定孔径中，从而实现玻璃管的两点固定，即实现导向装置和卡爪两点固定。
如图2C所示，所述卡盘体，其用于所述固定导向装置、卡爪以及粘附柱的固定。卡盘体在加工过程中，先在一块直径为70mm，高为41mm的圆柱形铝柱中心处钻一贯穿整个铝柱的孔，其直径为5.6mm。再通过车床将铝柱中任意一端起的32mm高的铝柱加工成直径为12mm的小铝柱(如图2C中凸出的柱状部件)，其中该小铝柱远离粗铝柱的一端称为顶端，而相应的保持直径为70mm的一端为卡盘体底部(如图2C中圆盘形柱状部件)。在底部孔径处，沿孔径加工阴螺纹，深度为7.5mm，保证整个固定导向装置能够嵌入卡盘体中。在卡盘体的顶部加工阳螺纹，便于卡爪固定。安装时，若为夹持固定时，先将上述固定导向装置以嵌入方式固定于卡盘体的底部中心处，且其圆弧面朝向卡盘体，整个固定导向装置全部嵌入至卡盘体中。然后将卡爪和卡爪驱动固定于卡盘体顶部，整个卡盘体将底部固定于平移台的台面上；若为粘附固定时，仅需将粘附柱固定于卡盘体顶部，再将整个卡盘体底部固定于平移台的台面上。
如图2D所示，所述卡爪，其用于同步锁紧毛细玻璃管，使其处于卡盘体的中心。卡爪为一个圆柱体，且中空，加工后卡爪下半部较上半部细，且下半部较卡盘体孔径尺寸小，从而可以将其插入卡盘体，而上半部具有楔状顶部，此处与卡盘体顶部边缘接触，此时的卡爪放置在卡盘体上不会滑落到卡盘体中(有较粗的楔状顶部)。所述卡爪圆柱体通过线切割分成四瓣等尺寸瓣体，且四个瓣体间有少量空隙，便于挤压时能够产生形变。卡爪根据所夹毛细玻璃管尺寸，其中心孔径为0.7mm和1.4mm可选。卡爪顶部通过倒边形成楔状顶部。
如图2E所示，所述卡爪驱动，其用于驱动卡爪同步锁紧。卡爪驱动为一端柱状，另一端锥状的金属壳。在固定时，卡爪驱动柱状一端套在卡爪上，并通过柱状一端内部的阴螺纹与卡盘体顶端固定。通过旋转卡爪驱动，利用卡爪驱动锥状一端挤压楔状卡爪顶部，使得卡爪四个瓣体同时受力产生形变夹紧玻璃管。
如图2F所示，所述粘附柱，其用于琼脂块的粘附。粘附柱的一端为光滑平面，用于粘附琼脂块，而另一端具有阴螺纹，其能够与卡盘体顶端的阳螺纹相配合，通过旋转固定于卡盘体上。
各部件组装结果图为图2G和图2H所示，图3示出了本发明中位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置的组装流程图。如图3所示，装置中组装的部件较多，为了使得整个装置的水平性良好，在每一个部件的组装过程中均采用水平仪辅助调节。根据实验对象选择样本的固定方式，当样本采用粘附固定时，则需要选择粘附固定装置，如图2H所示。此时，仅需将图2C所示的卡盘体底部固定于平移台上，并将图2F所示的粘附柱固定于卡盘体顶部。当样本需要通过毛细玻璃管固定时，如图2G所示。根据样本尺寸选择毛细玻璃管的大小，当毛细玻璃管外径尺寸为0.4mm～0.6mm时，则选择0.7mm孔径的导向装置和相应的卡爪；当毛细玻璃管外径尺寸为1.1mm～1.3mm时，则选择1.4mm孔径的导向装置和相应的卡爪。在固定完平移台后，将导向装置以嵌入方式固定于卡盘体的底部中心处，在安装过程中，导向装置的圆弧面朝上，且全部没入卡盘体中，以便卡盘体能够平整固定于平移台上。然后将相应于导向装置孔径尺寸的卡爪放置于卡盘体顶部，并安装好卡爪驱动。整个卡盘体将底部固定于平移台的台面上。固定卡爪后，通过旋转卡爪驱动挤压楔形卡爪顶部，使得四瓣卡爪同步锁紧，使得卡爪锁紧毛细玻璃管。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种位置可调的光学投影断层成像系统样本固定装置，该装置采用粘附固定和夹持固定两种方式固定样本，其包括：
精密平移台，其可在两个垂直方向上整体调节样本的位置；
固定导向装置，其用于在夹持固定样本时，与卡爪配合使得装有样本的毛细玻璃管竖直固定于卡盘体中；
卡盘体，其用于导向装置、卡爪以及粘附柱的固定；
卡爪，其用于在夹持固定样本时同步锁紧装有样本的毛细玻璃管，使其处于卡盘体的中心；
卡爪驱动，其用于在夹持固定样本时同步锁紧卡爪；
粘附柱，其用于在粘附固定时，一端粘附样本，另一端固定在卡盘体的顶端。
2.如权利要求1所述的样本固定装置，其特征在于，所述卡盘体由一体的粗柱体和细柱体两部分构成，所述粗柱体和细柱体具有同一圆心，且圆心具有贯穿整个卡盘体的圆孔；所述卡盘体的粗柱体底部固定于所述精密平移台上。
3.如权利要求2所述的样本固定装置，其特征在于，在夹持固定时，所述固定导向装置以嵌入的方式固定于所述卡盘体的中心底部，且其朝向卡盘体顶端的一端具有导向弧面，弧面中心位置处具有固定孔径，使得毛细玻璃管通过所述导向弧面顺利插入所述固定孔径中。
4.如权利要求3所述的样本固定装置，其特征在于，所述卡爪固定于卡盘体的顶端，所述固定导向装置与其配合使得毛细玻璃管竖直固定于卡盘体中。
5.如权利要求2所述的样本固定装置，其特征在于，粘附固定时，所述粘附柱一端为光滑平面，用于粘附样本，另一端固定于所述卡盘体顶端。
6.如权利要求5所述的样本固定装置，其特征在于，所述粘附柱与卡盘体顶端通过螺纹固定。
7.如权利要求2所述的样本固定装置，其特征在于，所述卡爪为一中空圆柱体，其通过线切割分成四瓣等尺寸瓣体，且其下半部分较上半部分细，且其下半部分小于卡盘体中心的孔径尺寸，且其上半部分具有楔状顶部，使得卡爪不会滑落到卡盘体的固定孔径中。
8.如权利要求7所述的固定样本装置，其特征在于，所述卡爪驱动一端为柱状，另一端为锥状金属壳；夹持固定时，其柱状一端用于套在卡爪上，利用卡爪驱动的锥状一端挤压所述卡爪的楔状部分，使得卡爪四个瓣体同时受力产生形变夹紧毛细玻璃管。
9.如权利要求1所述的固定样本装置，其特征在于，其各个部分均喷涂黑色吸光材料，以减轻对光的反射作用。
10.如权利要求3所述的固定样本装置，其特征在于，所述固定导向装置的固定孔径尺寸为0.7mm或1.4mm。
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