CN106841155A - 一种宽光谱荧光成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽光谱荧光成像设备，其主要由激发光源，成像相机，控制器，滤光片组，聚焦物镜，扩束镜以及载物台等组成，所述激发光源，成像相机，滤光片组合，扩束镜，载物台可由控制器控制。本发明宽光谱荧光成像设备的荧光成像波长范围覆盖400‑1700 nm，能够对待成像物体进行荧光成像获得荧光成像照片，特别是可以对小动物活体进行高效、快速、无损的深层组织成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种荧光成像设备，特别涉及一种波长范围在可见光-近红外一区-近红外二区波段的宽光谱荧光成像设备。
背景技术
荧光成像技术因其成像速度快、灵敏度高、经济成本低等特点而被普遍应用于生物医学研究。其在药物的大规模筛选、药物对疾病治疗效果的评估等方面具有广阔的应用前景。现行的包括荧光强度分析、荧光偏振检测、荧光共振能量转移检测、荧光报告系统等方法被广泛用于高通量药物筛选。传统荧光成像的工作波谱范围主要位于可见光（400-650nm）和近红外一区（NIR-I 650-950 nm），其在应用于对生物组织进行成像时，不仅会受到因生物组织对光子的吸收和散射产生的影响，而且还会受到生物自发荧光的严重干扰，因此难以实现生物组织的高穿透深度和高空间分辨率成像。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种宽光谱荧光成像设备，，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种宽光谱荧光成像设备，其包括：
激发光源，至少用于产生照射待成像物体的激发光，所述激发光的波长为254-1350nm；
载物台，至少用以承载所述待成像物体；
成像相机，至少用于捕捉待成像物体在所述激发光照射下产生的荧光信号，所述荧光信号的波长为400-1700 nm；
以及，控制器，至少与所述激发光源、载物台和成像相机中的任一者或两者以上连接。
进一步的，所述的宽光谱荧光成像设备还包括扩束镜，所述扩束镜设置在位于所述激发光源和载物台之间的光路上，并且所述扩束镜至少用以将所述激发光源产生的激发光均匀扩展后照射到待成像物体上。
更进一步的，所述控制器还与扩束镜的位置调节机构连接。这些位置调节机构可以选用业界已知的任何合适的位置调节机构，例如电动、气动、液压驱动的位置调节机构等。
进一步的，所述的宽光谱荧光成像设备还包括至少一组滤光片，所述滤光片设置在位于所述成像相机与载物台之间的光路上，并且所述滤光片至少用于滤除所述荧光信号中的干扰信号。
更进一步的，所述控制器还与至少一组滤光片的切换机构连接。这些切换机构可以选用业界已知的任何合适的切换机构。
进一步的，所述的宽光谱荧光成像设备还包括聚焦物镜：所述聚焦物镜至少用于获取焦平面处的影像。
进一步的，所述成像相机的成像方向平行于从所述待成像物体表面元至所述成像相机光心的直线。
更进一步的，所述载物台还与驱动机构传动连接，所述驱动机构至少用于驱使载物台沿水平方向和垂直方向任意移动，且所述驱动机构与所述控制器连接。所述驱动机构可以是电动驱动结构，如步进电机、伺服电机、电磁位置调整机构等。
进一步的，所述激发光源的功率大于0，但在100W以下。
本发明实施例还提供了一种宽光谱荧光成像设备，其特征在于包括激发光源、扩束镜、载物台、滤光片组、成像相机和控制器，所述激发光源产生的激发光经扩束镜均匀扩展后照射到位于载物台上的待成像物体上，所述待成像物体因激发光照射而产生的荧光信号经所述滤光片组滤除干扰信号后进入成像相机，所述激发光的波长为254-1350nm，所述荧光信号的波长为400-1700 nm，所述激发光源、扩束镜、载物台、滤光片组及成像相机均与所述控制器连接。
与现有技术相比，本发明的宽光谱荧光成像设备可以同时实现可见光（400-650nm）、近红外一区（NIR-I 650-950 nm）和近红外二区荧光（NIR-II 1000-1700 nm）三个波段的荧光成像，可实现跨层次多尺度事件的动态并行记录，为生物医学研究提供了强有力的影像技术支持，而且还可避免不同设备成像存在的时间不同步及影像的空间配准问题，既经济又方便。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案中一种宽光谱荧光成像设备的结构示意图；
附图标记说明：激发光源1，成像相机2，控制器3，滤光片组4，扩束镜5，载物台6，聚焦物镜7。
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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示是本发明一典型实施方案中的一种宽光谱荧光成像系统，其可包括激发光源1，成像相机2，控制器3，滤光片4，扩束镜5，载物台6以及聚焦物镜7等。
所述激发光源1用于产生激发光激发载物台6上的待成像物体，激发光的波长为254-1350 nm，可以根据待成像物体不同的激发波长的需要，自由选择波长254-1350nm范围内的激发光源。
以及，也可以根据实际待成像物体不同荧光强度的需求，调节激发光源的功率0-100W。
所述成像相机2和聚焦物镜7用于采集载物台6上待成像物体的荧光信号，采集的荧光信号波长400-1700 nm，覆盖了可见光（400-650 nm）、近红外一区（NIR-I 650-950 nm）和近红外二区荧光（NIR-II 1000-1700 nm）三个波段，其中近红外二区荧光（NIR-II 1000-1700 nm）可以极大降低了生物组织对光子的吸收和散射，几乎没有生物自发荧光干扰，具有很好的组织穿透深度和高的空间分辨率。
进一步的，所述成像相机的成像方向平行于从待成像物体表面元至成像相机光心的直线。
所述滤光片组4用于过滤干扰荧光，其可以包括一个或多个滤光片，若为多个滤光片，则还可以依据实际需要任意选择，并可包括不同荧光波长的带通、长通和短通。
所述扩束镜5是一组光学元件，用于将激发光源的荧光通过该组元件均匀的反射到载物台上的待成像物品上，使得该待成像物品完全被均匀的激发光束所覆盖，以致达到良好的成像效果。
所述载物台6用于承载待成像物品，待成像物品可以是包含荧光物质的固体粉末，或装有荧光物质的瓶子、管子，或注射有荧光物质的小动物等。
进一步的，所述载物台可以与驱动机构连接，所述驱动机构可以包括水平和垂直两个移动轴，可以通过水平和垂直轴上的移动来将载物台任意移动到目标位置。
所述控制器3可以集所有组件的控制于一体，包括但不限于条款激发光源的开关、功率和波长调节，成像相机的曝光时间的选择，载物台位置的控制，扩束镜位置的调整，不同滤光片的选择，成像设备内部温度的监控等。例如可以控制激发光源1，选择想要的激光器，也可以进行调节某个激光器的激发波长，功率等；例如，还可以控制成像相机2，如控制曝光时间，或通过调控相机的相对位置来对焦，以获得最佳的成像照片；例如，也可以控制滤光片组4，可以通过控制器上的集成按钮控制滤光片轴的转动，使获得想要的滤光片或滤光片组合；例如，可以将载物台6的水平和垂直两个移动轴的移动控制装置也集成在控制器3上，可以根据实际待测物体的大小、形状、高低等实际情况来调节载物台的位置，以获得最佳的成像效果；例如，控制器还可以调节扩束镜5的位置，来使载物台上的待成像物获得理想的激发光谱。
本发明宽光谱荧光成像设备内的各组件可以集成设置，或者部分组件集成设置。本发明的宽光谱荧光成像设备可以在一台仪器上同时实现可见光（400-650 nm）、近红外一区（NIR-I 650-950 nm）和近红外二区荧光（NIR-II 1000-1700 nm）三个波段的荧光成像，可实现跨层次多尺度事件的动态并行记录，为生物医学研究提供了强有力的影像技术支持，而且整合的一体化系统还可避免不同设备成像存在的时间不同步及影像的空间配准问题，既经济又方便。
本发明的宽光谱荧光成像设备，在波长400-1700nm范围内成像中具有广泛的应用前景，尤其适于对生物体，例如小动物活体进行高效、快速、无损的深层组织成像。
实施例1
下面通过实施例来说明荧光成像系统的工作过程：
本实施例以裸鼠为模型作为待成像物体，荧光物质选用发射波长1050 nm的石墨烯量子点。首先打开宽光谱成像设备的电源开关；然后在控制器上选择激发光波长为785 nm 的激光器以及1000 nm的长通滤光片；从尾静脉给小鼠注射麻醉针，等小鼠麻醉后再给其注射50 μL 1mg/mL的石墨烯量子点；将小鼠置于载物台上，通过控制器对扩束镜和载物台的调节，使其到合适的成像位置；再通过聚焦物镜进行调焦，使其成像图片清晰；进一步，通过控制器调节激光器的功率10W、成像相机的成像模式、曝光时间1000 ms，使拍摄到清晰度相对较高的成像照片或视频。
成像相机中所拍到的荧光是激发光通过扩束镜照射到小鼠身上，并穿透小鼠皮肤和组织激发了预先植入小鼠体内的石墨烯量子点并发出1050 nm的荧光，该荧光又穿过小鼠的组织和皮肤，并溢出到达成像相机而获得清晰度的照片或视频。
上述实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和方法实施的过程等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种宽光谱荧光成像设备，其特征在于包括：
激发光源，至少用于产生照射待成像物体的激发光，所述激发光的波长为254-1350nm；
载物台，至少用以承载所述待成像物体；
成像相机，至少用于捕捉待成像物体在所述激发光照射下产生的荧光信号，所述荧光信号的波长为400-1700 nm；
以及，控制器，至少与所述激发光源、载物台和成像相机中的任一者或两者以上连接。
2.根据权利要求1所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于还包括扩束镜，所述扩束镜设置在位于所述激发光源和载物台之间的光路上，并且所述扩束镜至少用以将所述激发光源产生的激发光均匀扩展后照射到待成像物体上。
3.根据权利要求2所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于：所述控制器还与扩束镜的位置调节机构连接。
4.根据权利要求1所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于还包括至少一组滤光片，所述滤光片设置在位于所述成像相机与载物台之间的光路上，并且所述滤光片至少用于滤除所述荧光信号中的干扰信号。
5.根据权利要求4所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于：所述控制器还与至少一组滤光片的切换机构连接。
6.根据权利要求1所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于还包括聚焦物镜：所述聚焦物镜至少用于获取焦平面处的影像。
7.根据权利要求1所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于：所述载物台还与驱动机构传动连接，所述驱动机构至少用于驱使载物台沿水平方向和垂直方向任意移动，且所述驱动机构与所述控制器连接。
8.根据权利要求1所述的宽光谱荧光成像设备，其特征在于：所述激发光源的功率在100W以下。
9.一种宽光谱荧光成像设备，其特征在于包括激发光源、扩束镜、载物台、滤光片组、成像相机和控制器，所述激发光源产生的激发光经扩束镜均匀扩展后照射到位于载物台上的待成像物体上，所述待成像物体因激发光照射而产生的荧光信号经所述滤光片组滤除干扰信号后进入成像相机，所述激发光的波长为254-1350nm，所述荧光信号的波长为400-1700nm，所述激发光源、扩束镜、载物台、滤光片组及成像相机均与所述控制器连接。
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