CN109998494A - 一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统 - Google Patents

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于霜
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Abstract

本发明公开了一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，包括激发光源、激发光分光镜筒、发射光滤光片组、显微镜筒、发射光分光镜筒、成像探测器、三维运动扫描平台、机架和图像采集工作站。激发光源经光纤耦合进入激发光分光镜筒形成同轴激发光，平台上的小动物活体样本在激发光照射下产生发射光经发射光滤光片组滤光，通过显微镜筒与发射光分光镜分别成像于可见光CCD和近红外CCD，与探测器相连的图像采集工作站通过控制三维运动扫描平台可以实时进行高分辨光学对焦和XY方向的全身扫描成像，从而实现小动物活体全身高分辨多光谱光学成像。本发明可以同时实现可见光和近红外光多种波段的超高光学分辨率成像，且可以对小动物活体全身进行扫描成像，结构简单，操作方便。

Description

一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统
技术领域
本发明涉及小动物活体光学成像系统领域，特别涉及一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统。
背景技术
目前小动物活体光学成像系统主要是应用荧光或者生物发光两种技术手段实现分子靶标特异性追踪的活体成像设备，其工作波谱范围主要位于可见光(400-700nm)或者近红外光(NIR 700-2200nm)，局部成像的最高分辨率达到了um级别，具有很好的时间分辨率和很高的空间分辨率，被视为最具潜力的下一代光学影像技术。然而，目前国内外尚未有可同时实现小动物活体全身高分辨率多光谱光学成像的一体化设备及系统。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，该小动物活体光学成像系统涵盖400-2200nm波段，可以实现全身的高分辨多光谱光学成像。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，包括激发光源、激发光源光纤、激发光分光镜筒、发射光滤光片组、显微镜筒、发射光分光镜筒、成像探测器、三维运动扫描平台、机架和图像采集工作站，其中：
所述激发光源，用于产生待成像物体所需的激发光；
所述激发光分光镜筒通过所述激发光源光纤与所述激发光源连接，其内部安装分光镜片，用于经所述激发光源光纤耦合进入所述激发光分光镜筒进而形成同轴激发光路；
所述发射光滤光片组与所述激发光分光镜筒连接，用于过滤所述三维运动扫描平台上的小动物活体样本在激发下产生的发射光；
所述显微镜筒与所述发射光滤光片组连接，用于高分辨率光学成像；
所述发射光分光镜筒与所述显微镜筒连接，其内部安装分光镜片，用于形成可见光和近红外光的多光谱光路；
所述成像探测器与所述发射光分光镜筒连接，用于多光谱成像；
所述三维运动扫描平台包括X方向运动轴、Y方向运动轴和Z方向运动轴，用于放置小动物活体样本同时进行物距调节和XY方向的扫描；
所述机架与所述X方向运动轴、Y方向运动轴、Z方向运动轴、发射光滤光片组和显微镜筒连接，用于安装固定所述X方向运动轴、Y方向运动轴、Z方向运动轴、发射光滤光片组和显微镜筒进而支撑所述发射光分光镜筒和成像探测器；
所述图像采集工作站与所述三维运动扫描平台电性连接，用于所述成像探测器的图像采集和三维运动扫描平台的控制。
进一步的，所述成像探测器包括可见光CCD和近红外CCD，分别用于可见光和近红外光的多光谱成像。
进一步的，所述可见光CCD和近红外CCD所响应的信号波长范围为400-2200nm。
进一步的，所述机架呈匸型，包括上支撑板、竖板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板水平平行设置并分别垂直于所述竖板，所述上支撑板的上下端面分别连接所述显微镜筒和发射光滤光片组，所述竖板与所述X方向运动轴、Y方向运动轴和Z方向运动轴固定连接。
进一步的，所述激发光源采用波长可调式光纤耦合激光器，激发光源的波长范围为254-1350nm。
进一步的，所述发射光滤光片组集成有电动马达，可以根据需要切换所需规格滤光片。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，可以同时实现可见光(400-700nm)和近红外光(700-2200nm)两种波段的成像，具有超高的光学分辨率，且可以对小动物活体全身进行扫描成像，操作方便，结构简单，为可供实际应用的一种小动物活体全身高分辨率多光谱光学成像系统，弥补了现有单一功能成像设备的不足，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统的系统结构示意图。
【主要符号说明】
1-激发光源；
2-激发光源光纤；
3-激发光分光镜筒；
4-发射光滤光片组；
5-显微镜筒；
6-发射光分光镜筒；
7-可见光CCD；
8-近红外CCD；
9-机架；
10-三维运动扫描平台；
11-X方向运动轴；
12-Y方向运动轴；
13-Z方向运动轴；
14-图像采集工作站。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例公开了一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，包括激发光源1、激发光源光纤2、激发光分光镜筒3、发射光滤光片组4、显微镜筒5、发射光分光镜筒6、成像探测器、三维运动扫描平台10、机架9和图像采集工作站14，其中：
所述激发光源1采用波长可调式光纤耦合激光器，激发光源1的波长范围为254-1350nm，用于产生待成像物体所需的激发光；
所述激发光分光镜筒3通过所述激发光源光纤2与所述激发光源1连接，其内部安装分光镜片，用于经所述激发光源光纤2耦合进入所述激发光分光镜筒3进而形成同轴激发光路；
所述发射光滤光片组4与所述激发光分光镜筒3连接，集成有电动马达，可以根据需要切换所需规格滤光片，用于过滤所述三维运动扫描平台10上的小动物活体样本在激发下产生的发射光；
所述显微镜筒5与所述发射光滤光片组4连接，用于高分辨率光学成像；
所述发射光分光镜筒6与所述显微镜筒5连接，其内部安装分光镜片，用于形成可见光和近红外光的多光谱光路；
所述成像探测器与所述发射光分光镜筒6连接，用于多光谱成像；
所述三维运动扫描平台10包括X方向运动轴11、Y方向运动轴12和Z方向运动轴13，用于放置小动物活体样本同时进行物距调节和XY方向的扫描；
所述机架9与所述X方向运动轴11、Y方向运动轴12、Z方向运动轴13、发射光滤光片组4和显微镜筒5连接，用于安装固定所述X方向运动轴11、Y方向运动轴12、Z方向运动轴13、发射光滤光片组4和显微镜筒5进而支撑所述发射光分光镜筒6和成像探测器；
所述图像采集工作站14与所述三维运动扫描平台10电性连接，用于所述成像探测器的图像采集和三维运动扫描平台10的控制。
本实施例中，所述成像探测器包括可见光CCD7(Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器，也叫图像控制器)和近红外CCD8，分别用于可见光和近红外光的多光谱成像。其中，所述可见光CCD7和近红外CCD8所响应的信号波长范围为400-2200nm。
进一步参考图1，所述机架9呈匸型，包括上支撑板、竖板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板水平平行设置并分别垂直于所述竖板，所述上支撑板的上下端面分别连接所述显微镜筒5和发射光滤光片组4，所述竖板与所述X方向运动轴11、Y方向运动轴12和Z方向运动轴13固定连接。
具体工作原理：
将待成像的活体小动物置于三维运动扫描平台10，设置激发光源1的波长和光功率并控制出光经光纤耦合进入激发光分光镜筒3形成同轴激发光，三维运动扫描平台10上的小动物活体样本在激发下产生发射光经发射光滤光片组4滤光，通过显微镜筒5与发射光分光镜筒6分别成像于可见光CCD7和近红外CCD8两个成像探测器，图像采集工作站14通过三维运动扫描平台10控制其XYZ三个运动轴(11、12、13)进行实时高分辨光学对焦和XY方向的全身扫描成像，从而实现小动物活体全身高分辨光学成像，进一步的可以通过切换发射光滤光片组4实现多光谱成像，结构简单，操作方便，工作效率高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，包括激发光源、激发光源光纤、激发光分光镜筒、发射光滤光片组、显微镜筒、发射光分光镜筒、成像探测器、三维运动扫描平台、机架和图像采集工作站，其中：
所述激发光源，用于产生待成像物体所需的激发光；
所述激发光分光镜筒通过所述激发光源光纤与所述激发光源连接，其内部安装分光镜片，用于经所述激发光源光纤耦合进入所述激发光分光镜筒进而形成同轴激发光路；
所述发射光滤光片组与所述激发光分光镜筒连接，用于过滤所述三维运动扫描平台上的小动物活体样本在激发下产生的发射光；
所述显微镜筒与所述发射光滤光片组连接，用于高分辨率光学成像；
所述发射光分光镜筒与所述显微镜筒连接，其内部安装分光镜片，用于形成可见光和近红外光的多光谱光路；
所述成像探测器与所述发射光分光镜筒连接，用于多光谱成像；
所述三维运动扫描平台包括X方向运动轴、Y方向运动轴和Z方向运动轴，用于放置小动物活体样本同时进行物距调节和XY方向的扫描；
所述机架与所述X方向运动轴、Y方向运动轴、Z方向运动轴、发射光滤光片组和显微镜筒连接，用于安装固定所述X方向运动轴、Y方向运动轴、Z方向运动轴、发射光滤光片组和显微镜筒进而支撑所述发射光分光镜筒和成像探测器；
所述图像采集工作站与所述三维运动扫描平台电性连接，用于所述成像探测器的图像采集和三维运动扫描平台的控制。
2.根据权利要求1所述的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，所述成像探测器包括可见光CCD和近红外CCD，分别用于可见光和近红外光的多光谱成像。
3.根据权利要求2所述的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，所述可见光CCD和近红外CCD所响应的信号波长范围为400-2200nm。
4.根据权利要求1所述的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，所述机架呈匸型，包括上支撑板、竖板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板水平平行设置并分别垂直于所述竖板，所述上支撑板的上下端面分别连接所述显微镜筒和发射光滤光片组，所述竖板与所述X方向运动轴、Y方向运动轴和Z方向运动轴固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，所述激发光源采用波长可调式光纤耦合激光器，激发光源的波长范围为254-1350nm。
6.根据权利要求1所述的一种小动物活体全身高分辨多光谱光学成像系统，其特征在于，所述发射光滤光片组集成有电动马达，可以根据需要切换所需规格滤光片。
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