CN110236492A - 用于活体动物的多光谱荧光成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置，包括：激发光源模块、荧光成像模块、主控电脑、成像暗箱模块、活体动物存储模块以及麻醉和生命维持模块；所述活体动物存储模块设置在所述成像暗箱模块内部，用于存储活体动物；所述激发光源模块与所述成像暗箱模块连接，用于产生照射活体动物的激发光；所述荧光成像模块设置在所述成像暗箱模块上，用于对活体动物进行荧光成像；所述麻醉和生命维持模块用于提供麻醉气体和维持活体动物生存的空气。本发明能实现对活体动物的多光谱荧光成像，本发明对活体小动物的存放环境具有很好的保护，能保证废气的安全，防止活体动物的代谢物污染外部环境。

Description

用于活体动物的多光谱荧光成像装置

技术领域

本发明涉及医学成像技术领域，特别涉及一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置。

背景技术

近年来，随着生物学发展，小动物活体成像仪越来越被广泛得使用，作为活体动物实验最重要的仪器之一，其活体实时成像、对动物没有损伤、长时间观察监测等优势，最大限度保证了实验动物正常生理活动，避免人为因素的干扰和破坏，最接近真实病理现象。相比之下，动物解剖和病理切片实验首先需要处死动物，且对其器官组织进行一系列机械切割和化学药物处理，导致在取样和制样过程中引起组织损伤形变、细胞凋亡坏死，破坏真实生理状态，产生假阳性或假阴性结果，如果不加重视，可能会引起误判，得到错误的实验结论。

动物活体成像技术是应用影像学方法，对活体状态下的生物学过程进行组织、细胞乃至分子水平的定性和定量研究。动物活体成像技术主要分为光学成像、核素成像(PET/SPECT)、磁共振成像(MRI)、计算机断层影像(CT)和超声(ultrasound)成像五大类。其中，光学成像和核素成像特别适合研究分子、代谢和生理学事件，称为功能成像；超声和CT适合解剖学成像，称为结构成像；MRI介于功能和结构成像之间。病毒可以进行基因修饰或化学修饰而带上特异性光学分子标记，因此基于病毒的特性和研究目的，光学成像是最适合病毒学研究的活体成像技术。

活体荧光成像仪主要用于活体状态下的生物学过程进行组织、细胞乃至分子水平的定性和定量研究，其中对于通过基因修饰或化学修饰而带上特异性光学分子标记的病毒的活体成像，荧光成像尤为适合。目前活体荧光成像设备具有诸多不足，例如：现有成像设备结构庞大、复杂，造价昂贵，现有成像设备对活体小动物的存放环境没有保护，拍摄过程中小动物的代谢物不能及时处理等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置，包括：激发光源模块、荧光成像模块、主控电脑、成像暗箱模块、活体动物存储模块以及麻醉和生命维持模块；

所述活体动物存储模块设置在所述成像暗箱模块内部，用于存储活体动物；所述激发光源模块与所述成像暗箱模块连接，用于产生照射活体动物的的激发光；所述荧光成像模块设置在所述成像暗箱模块上，用于对活体动物进行荧光成像；所述麻醉和生命维持模块用于提供麻醉气体和维持活体动物生存的空气。

优选的是，所述激发光源模块包括光源、耦合透镜、第一滤光片及光纤；

所述第一滤光片安装在第一滤光片轮上，所述第一滤光片轮设置在转轴上，所述激发光源模块还包括用于驱动所述转轴转动的第一电机；所述光纤安装在光纤套上，所述光纤的末端连接有扩束镜，且伸入所述成像暗箱模块内部，以对活体动物进行照射。

优选的是，所述荧光成像模块包括电动变焦镜头、第二滤光片和相机，所述电动变焦镜头伸入所述成像暗箱模块内部，所述相机与所述主控电脑连接；

所述光源发出的激发光依次经过所述耦合透镜、第一滤光片后进入所述光纤，再经过所述光纤末端的扩束镜后照射到活体动物上，活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光依次经过所述电动变焦镜头、第二滤光片后进入所述相机。

优选的是，所述荧光成像模块还包括设置在所述成像暗箱模块上的安装壳体、设置在所述安装壳体内的第二滤光片轮以及设置在所述安装壳体上的用于驱动所述第二滤光片轮转动的第二电机，所述第二滤光片安装在所述第二滤光片轮上；所述相机上连接有焦距调节座，所述焦距调节座上设置有微分调节头。

优选的是，所述成像暗箱模块包括箱体、设置在所述箱体上的密封门、设置在所述箱体内部的支撑架、设置在所述箱体内部的镜头支撑板以及设置在所述箱体内的底部的调节平台。

优选的是，所述调节平台可在所述箱体的底板上进行水平面内的移动，所述电动变焦镜头设置在所述镜头支撑板上；

所述密封门通过折页与所述箱体连接，且所述密封门上设置有锁紧机构。

优选的是，所述活体动物存储模块设置在所述调节平台上，其包括用于存放活体动物的密封仓体、用于使所述密封仓体内保持负压环境的负压维持模块以及用于对进出所述密封仓体的空气进行过滤的空气过滤模块。

优选的是，所述密封仓体顶部设置有窗口片，所述激发光源模块产生的激发光和活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光均可透过所述窗口片。

优选的是，所述密封仓体底部设置有若干定位块，所述调节平台上设置有若干与所述定位块对应的定位安装板。

优选的是，所述定位安装板上设置有定位孔，所述定位孔包括由所述定位安装板表面向下依次开设的锥形导向孔和柱形定位孔，所述定位安装板的侧部开设有垂直贯通至所述柱形定位孔的锁紧孔；所述锁紧孔内可活动插设有锁紧柱，所述锁紧柱的外端设置有卡盘，所述卡盘和所述定位安装板的侧壁之间设置有压簧，所述锁紧柱的内端设置有球形面，所述锁紧柱的内端伸入到所述柱形定位孔内；

所述定位块的底部固接有用于插设到所述定位孔中的定位柱，所述定位柱上沿与其轴向垂直的方向开设有插孔，所述定位柱底部的面向所述锁紧柱的内端的侧面上设置有倾斜导向面；

所述定位柱插入到所述定位孔中后，所述锁紧柱的内端配合插入到所述定位柱的插孔中，以锁紧所述定位柱。

本发明的有益效果是：本发明能实现对活体动物的多光谱荧光成像，本发明对活体小动物的存放环境具有很好的保护，能保证废气的安全，防止活体动物的代谢物污染外部环境；本发明的活体动物存储模块在成像暗箱模块中可进行快速安装与定位，便于进行成像；本发明各组件布置紧凑合理，结构简单、稳定，造价便宜，能满足活体动物荧光成像的需求，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的用于活体动物的多光谱荧光成像装置的结构示意图；

图2为本发明的成像暗箱模块的内部结构示意图；

图3为本发明的成像暗箱模块的外部结构示意图；

图4为本发明的激发光源模块内部各组件的结构示意图；

图5为本发明的荧光成像模块的结构示意图；

图6为本发明的用于活体动物的多光谱荧光成像装置的光路图；

图7为本发明的调节平台的仰视图；

图8为本发明的定位安装板的俯视方向的结构示意图；

图9为本发明的定位块的侧视方向的结构示意图；

图10为本发明的定位块的另一个侧部视角的结构示意图；

图11为本发明的密封仓体的仰视方向的结构示意图；

图12为本发明的定位安装板的剖视图；

图13为本发明的定位块与定位安装板配合的结构示意图。

附图标记说明：

1—激发光源模块；10—光源；11—耦合透镜；12—第一滤光片；13—光纤；14—第一滤光片轮；15—转轴；16—第一电机；17—光纤套；18—光纤头固定座；19—扩束镜；

2—荧光成像模块；20—电动变焦镜头；21—第二滤光片；22—相机；23—安装壳体；24—第二电机；25—焦距调节座；26—微分调节头；

3—主控电脑；

4—成像暗箱模块；40—箱体；41—密封门；42—支撑架；43—镜头支撑板；44—调节平台；45—折页；46—锁紧机构；

5—活体动物存储模块；50—密封仓体；51—窗口片；

6—定位块；60—定位柱；61—插孔；62—倾斜导向面；

7—定位安装板；70—定位孔；71—锥形导向孔；72—柱形定位孔；73—锁紧孔；74—锁紧柱；75—卡盘；76—压簧；77—球形面；

8—麻醉和生命维持模块；

9—活体动物。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-3所示，本实施例的一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置，包括：激发光源模块1、荧光成像模块2、主控电脑3、成像暗箱模块4、活体动物存储模块5以及麻醉和生命维持模块；

活体动物存储模块5设置在成像暗箱模块4内部，用于存储活体动物；激发光源模块1与成像暗箱模块4连接，用于产生照射活体动物的的激发光；荧光成像模块2设置在成像暗箱模块4上，用于对活体动物进行荧光成像；麻醉和生命维持模块用于提供麻醉气体和维持活体动物生存的空气。

激发光源模块1包括光源10、耦合透镜11、第一滤光片12及光纤13；

第一滤光片12安装在第一滤光片轮14上，第一滤光片轮14设置在转轴15上，激发光源模块1还包括用于驱动转轴15转动的第一电机16；光纤13安装在光纤套17上，光纤13的末端连接有扩束镜19，且伸入成像暗箱模块4内部，以对活体动物进行照射。光源10、耦合透镜11、第一滤光片12、第一滤光片轮14、第一电机16整体均设置在光源10模块的箱体40内部，激发光通过光纤13传输出来进入到成像暗箱模块4内。在优选的实施例中，光源10为氙灯光源10，光源10发出的激发光光通过凹面镜的反射后，通过耦合透镜11，将光束耦合进光纤13中，在光纤13的前端设置第一滤光片轮14，本实施例中第一滤光片轮14为8位滤光片转轮，其上可设置8块第一滤光片12，激发光可以通过第一滤光片12后进入光纤13之中，激发光波长可以通过更换不同的第一滤光片12进行调节。本实施例中，光为一分四光纤13，四束光纤13末端连接有扩束镜19，在成像暗箱模块4内部的四个角设有光纤头固定座18，用于安装固定四束光纤13末端，且光纤头固定座18还可调节四束光纤13末端的位置。激发光通过四束光纤13照射活体动物进，以满足荧光成像的需求。

荧光成像模块2包括电动变焦镜头20、第二滤光片21和相机22，第二滤光片21处于电动变焦镜头20和相机22之间，电动变焦镜头20伸入成像暗箱模块4内部，相机22与主控电脑3连接；

参照图6，光源10发出的激发光依次经过耦合透镜11、第一滤光片12后进入光纤13，再经过光纤13末端的扩束镜19后照射到活体动物上，活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光依次经过电动变焦镜头20、第二滤光片21后进入相机22。

荧光成像模块2还包括设置在成像暗箱模块4上的安装壳体23、设置在安装壳体23内的第二滤光片21轮以及设置在安装壳体23上的用于驱动第二滤光片21轮转动的第二电机24，第二滤光片21安装在第二滤光片21轮上，第二滤光片21轮设置在安装壳体23内部，图中未示出。相机22上连接有焦距调节座25，焦距调节座25上设置有微分调节头26。在优选的实施例中，电动变焦镜头20工作距离可满足220-380mm。第二滤光片21轮上设置8个孔位，可设置8块第二滤光片21，安装壳体23内还设置有霍尔传感器，能够实现第二滤光片21轮位置的检测。微分调节头26设置在焦距调节座25和安装壳体23之间，通过微分调节头26可调节相机22与电动变焦镜头20之间的距离，以调节焦距，使经过第二滤光片21的光线聚焦到相机22的焦平面上。电动变焦镜头20及第二滤光片21轮与电路板连接，电路板连接再和主控电脑3连接通信，通过主控电脑3可对电动变焦镜头20及第二滤光片21轮进行控制。相机22与主控电脑3连接，主控电脑3可对相机22采集的图像进行处理。

成像暗箱模块4包括箱体40、设置在箱体40上的密封门41、设置在箱体40内部的支撑架42、设置在箱体40内部的镜头支撑板43以及设置在箱体40内的底部的调节平台44。为保证成像暗箱模块4的性能，可对成像暗箱模块4的材料进行发黑处理，保证检测过程中的光路的稳定性。支撑架42一方面保证强度，另一方面对箱体40拐角连接处可能出现的缝隙进行二次保护。密封门41上设置密封胶圈，门板闭合时内部密封胶圈被压紧具有良好的遮光性能。

调节平台44可在箱体40的底板上进行水平面内的移动，可通过在调节平台44与箱体40的底板之间设置滑块与滑轨实现。将活体动物存储模块5放置在调节平台44上后，通过调节平台44调整好活体动物存储模块5的水平方向位置，然后固定好(可通过在滑块上设置锁紧机构46实现)，便于进行成像。

电动变焦镜头20设置在镜头支撑板43上。密封门41通过折页45与箱体40连接，且密封门41上设置有锁紧机构46。

活体动物存储模块5设置在调节平台44上，其包括用于存放活体动物的密封仓体50、用于使密封仓体50内保持负压环境的负压维持模块(图中未示出)以及用于对进出密封仓体50的空气进行过滤的空气过滤模块(图中未示出)。密封仓体50上设置有麻醉气口、进气口和出气口，负压维持模块可为离心风机和配套的管路，通过出气口将密封仓体50内的气体持续外抽，使密封仓体50内保持负压，外部空气通过气口进入密封仓体50内。空气过滤模块为高效过滤器，对密封仓体50的进气和出气进行过滤，保证废气的安全，防止活体动物的代谢物污染外部环境。通过麻醉气口供给的麻醉气体能够维持活体动物在拍摄过程中的安静。

密封仓体50顶部设置有窗口片51，激发光源模块1产生的激发光和活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光均可透过窗口片51。激发光源模块1的光线末端处于窗口片51上方，光线末端通过连接扩束镜19，使得激发光光束能够覆盖活体动物。电动变焦镜头20也处于窗口片51上方，用于拍摄活体动物。

在一种实施例中，定位安装板7上设置有定位孔70，定位孔70包括由定位安装板7表面向下依次开设的锥形导向孔71和柱形定位孔72，定位安装板7的侧部开设有垂直贯通至柱形定位孔72的锁紧孔73；锁紧孔73内可活动插设有锁紧柱74，锁紧柱74的外端设置有卡盘75，卡盘75和定位安装板7的侧壁之间设置有压簧76，锁紧柱74的内端设置有球形面77，锁紧柱74的内端伸入到柱形定位孔72内。锥形导向孔71直径大于柱形定位孔72，用于对定位柱60的插入进行导向，即使定位柱60与柱形定位孔72有些偏差也能使定位柱60顺利插入。

其中，定位块6的底部固接有用于插设到定位孔70中的定位柱60，定位柱60上沿与其轴向垂直的方向开设有不贯穿的插孔61，定位柱60底部的面向锁紧柱74的内端的侧面上设置有倾斜导向面62。

其中，定位柱60插入到定位孔70中后，锁紧柱74的内端配合插入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60。

倾斜导向面62用于与锁紧柱74的内端的球形面77配合，当定位柱60插入到柱形定位孔72时，倾斜导向面62挤压球形面77，使锁紧柱74向右移动，使定位柱60顺利插入；当定位柱60插入到底后，在压簧76的弹力作用下，锁紧柱74向左移动，从而插入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60。

如图12，在初始状态下，压簧76为原长，处于自然状态，锁紧柱74向左插入到柱形定位孔72中一段距离，但从垂直方向上看，锁紧柱74左端的球形面77还处于倾斜导向面62右侧，使定位柱60能顺利插入到柱形定位孔72中，且倾斜导向面62的右侧能顶压到球形面77，从而能将锁紧柱74向右挤压。在优选的实施例中，倾斜导向面62最上端通过弧形面连接到插孔61，利于锁紧柱74从倾斜导向面62最上端滑入到插孔61内。将密封仓体50安装到成像暗箱模块4中的调节平台44上时，参照图13，将密封仓体50底部的定位块6上的定位柱60对准调节平台44上的定位安装板7上的定位孔70，然后插入，锥形导向孔71进行导向，定位柱60底部的倾斜导向面62接触并挤压球形面77，使锁紧柱74向右移动，使定位柱60顺利插入到底，此时在压簧76的弹力作用下，锁紧柱74向左移动，正好顺利滑入到定位柱60的插孔61中，以锁紧定位柱60，使密封仓体50保持稳定；从而实现了密封仓体50的快速定位与安装，且能保持锁紧。既能方便进行荧光成像时初始位置的确定，在后续进行荧光成像时也能保持密封仓体50位置稳定。在运输过程中，为保证进一步牢固，可通过螺丝将定位块6与定位安装板7进行固定。当需要将密封仓体50从成像暗箱模块4中取出时，先拉动卡盘75将锁紧柱74从定位柱60的插孔61中抽出，然后将密封仓体50向上抬出即可。

本发明的装置工作时，将放有活体动物的活体动物存放模块放在成像暗箱模块4的调节平台44上，并调整好活体动物存放模块的位置，并固定好；将麻醉及生命维持系统与活体动物存放模块连接好；将荧光成像模块2、主控电脑3连接好，开启激发光源模块1、荧光成像模块2进行工作，调节微分调节头26及电动变焦镜头20使成像清晰，进行荧光成像，主控电脑3可实时显示相机22采集的图像。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，包括：激发光源模块、荧光成像模块、主控电脑、成像暗箱模块、活体动物存储模块以及麻醉和生命维持模块；

所述活体动物存储模块设置在所述成像暗箱模块内部，用于存储活体动物；所述激发光源模块与所述成像暗箱模块连接，用于产生照射活体动物的的激发光；所述荧光成像模块设置在所述成像暗箱模块上，用于对活体动物进行荧光成像；所述麻醉和生命维持模块用于提供麻醉气体和维持活体动物生存的空气。

2.根据权利要求1所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述激发光源模块包括光源、耦合透镜、第一滤光片及光纤；

所述第一滤光片安装在第一滤光片轮上，所述第一滤光片轮设置在转轴上，所述激发光源模块还包括用于驱动所述转轴转动的第一电机；所述光纤安装在光纤套上，所述光纤的末端连接有扩束镜，且伸入所述成像暗箱模块内部，以对活体动物进行照射。

3.根据权利要求2所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述荧光成像模块包括电动变焦镜头、第二滤光片和相机，所述电动变焦镜头伸入所述成像暗箱模块内部，所述相机与所述主控电脑连接；

所述光源发出的激发光依次经过所述耦合透镜、第一滤光片后进入所述光纤，再经过所述光纤末端的扩束镜后照射到活体动物上，活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光依次经过所述电动变焦镜头、第二滤光片后进入所述相机。

4.根据权利要求3所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述荧光成像模块还包括设置在所述成像暗箱模块上的安装壳体、设置在所述安装壳体内的第二滤光片轮以及设置在所述安装壳体上的用于驱动所述第二滤光片轮转动的第二电机，所述第二滤光片安装在所述第二滤光片轮上；所述相机上连接有焦距调节座，所述焦距调节座上设置有微分调节头。

5.根据权利要求1所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述成像暗箱模块包括箱体、设置在所述箱体上的密封门、设置在所述箱体内部的支撑架、设置在所述箱体内部的镜头支撑板以及设置在所述箱体内的底部的调节平台。

6.根据权利要求5所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述调节平台可在所述箱体的底板上进行水平面内的移动，所述电动变焦镜头设置在所述镜头支撑板上；

所述密封门通过折页与所述箱体连接，且所述密封门上设置有锁紧机构。

7.根据权利要求6所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述活体动物存储模块设置在所述调节平台上，其包括用于存放活体动物的密封仓体、用于使所述密封仓体内保持负压环境的负压维持模块以及用于对进出所述密封仓体的空气进行过滤的空气过滤模块。

8.根据权利要求7所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述密封仓体顶部设置有窗口片，所述激发光源模块产生的激发光和活体动物体内的荧光物质被激发后产生的荧光均可透过所述窗口片。

9.根据权利要求7所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述密封仓体底部设置有若干定位块，所述调节平台上设置有若干与所述定位块对应的定位安装板。

10.根据权利要求9所述的用于活体动物的多光谱荧光成像装置，其特征在于，所述定位安装板上设置有定位孔，所述定位孔包括由所述定位安装板表面向下依次开设的锥形导向孔和柱形定位孔，所述定位安装板的侧部开设有垂直贯通至所述柱形定位孔的锁紧孔；所述锁紧孔内可活动插设有锁紧柱，所述锁紧柱的外端设置有卡盘，所述卡盘和所述定位安装板的侧壁之间设置有压簧，所述锁紧柱的内端设置有球形面，所述锁紧柱的内端伸入到所述柱形定位孔内；

所述定位块的底部固接有用于插设到所述定位孔中的定位柱，所述定位柱上沿与其轴向垂直的方向开设有插孔，所述定位柱底部的面向所述锁紧柱的内端的侧面上设置有倾斜导向面；

所述定位柱插入到所述定位孔中后，所述锁紧柱的内端配合插入到所述定位柱的插孔中，以锁紧所述定位柱。