CN113109307A - 位移控制方法及装置、电子设备及多光子荧光成像设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种位移控制方法及装置、电子设备及多光子荧光成像设备，该方法包括：根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块，能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
Description
技术领域
本申请涉及多光子荧光成像技术领域，具体涉及一种位移控制方法及装置、电子设备及多光子荧光成像设备。
背景技术
随着医学和生物学的不断发展，人们对动物生命体中细胞形态、组织结构或肠胃中纤维状态的研究取得了显著进步，例如，制造并使用多光子激光扫描显微镜，在多光子激发后发出的荧光进行观察和三维成像，从而获取活体动物的生物细胞形态。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种位移控制方法及装置、电子设备及多光子荧光成像设备，能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种位移控制方法，应用于多光子荧光成像设备，所述方法包括：根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种位移控制装置，应用于多光子荧光成像设备，所述装置包括：确定模块，配置为根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；第一控制模块，配置为根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
根据本申请实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器用于执行上述任一实施例所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述任一实施例所述的方法。
根据本申请实施例的第五方面，提供了一种多光子荧光成像设备，包括：第一箱体，用于为活体样本的多光子荧光成像提供实验准备；与所述第一箱体连接的第二箱体，用于基于所述实验准备，对在所述第二箱体中的活体样本进行荧光成像采集，以便于在所述第一箱体和所述第二箱体中完成所述多光子荧光成像；设置在所述第一箱体一侧的计算机，用于执行上述任一实施例所述的方法。
本申请提供的一种位移控制方法，通过上位机软件中的虚拟位移平台上的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，可以确定传动机构在多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离，再根据相对运动距离，控制传动机构，以便于传动机构根据相对运动距离，在位移平台中移动荧光采集模块，从而能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
附图说明
图1所示为本申请实施例所提供的一种实施环境的示意图。
图2所示为本申请一个实施例提供的位移控制方法的流程示意图。
图3a所示为本申请一个实施例提供的上位机软件的示意图。
图3b所示为本申请一个实施例提供的位移平台的示意图。
图4所示为本申请另一个实施例提供的位移控制方法的流程示意图。
图5所示为本申请另一个实施例提供的位移控制方法的流程示意图。
图6所示为本申请一些实施例提供的位移控制装置的框图。
图7所示为本申请另一些实施例提供的位移控制装置的框图。
图8所示为本申请另一些实施例提供的位移控制装置的框图。
图9所示为本申请一个实施例提供的电子设备的结构框图。
图10所示为本申请一个实施例提供的多光子荧光成像设备的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
示例性系统
图1是本申请实施例所提供的一种实施环境的示意图。该实施环境包括传动机构130、服务器120和计算机设备110。计算机设备110与传动机构130之间通过通信网络相连，计算机设备210还可以与服务器220之间通过通信网络相连。可选的，通信网络是有线网络或无线网络。
计算机设备110可以是通用型计算机或者由专用的集成电路组成的计算机装置等，本申请实施例对此不做限定。例如，计算机设备110可以是平板电脑等移动终端设备，或者也可以是个人计算机(Personal Computer，PC)，比如膝上型便携计算机和台式计算机等等。本领域技术人员可以知晓，上述计算机设备110的数量可以一个或多个，其类型可以相同或者不同。比如上述计算机设备110可以为一个，或者上述计算机设备110为几十个或几百个，或者更多数量。本申请实施例对计算机设备110的数量和设备类型不加以限定。
服务器120是一台服务器，或者由若干台服务器组成，或者是一个虚拟化平台，或者是一个云计算服务中心。
在一些可选的实施例中，计算机设备110接收用户输入的多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，并根据该待移动距离，确定传动机构130在多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离，最后，计算机设备110将相对运动距离对应的信号发送至传动机构130，从而控制传动机构130根据相对运动距离，在位移平台中移动荧光采集模块，从而能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
在一些可选的实施例中，计算机设备110接收用户输入的多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，并将该待移动距离发送至服务器120，服务器220根据该待移动距离，确定传动机构130在多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离，并将相对运动距离对应的信号发送至计算机设备110，计算机设备110将相对运动距离对应的信号发送至传动机构130，从而控制传动机构130根据相对运动距离，在位移平台中移动荧光采集模块，从而能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
示例性方法
图2是本申请一个实施例提供的位移控制方法的流程示意图。图2所述的方法由计算设备(例如，服务器)来执行，但本申请实施例不以此为限。服务器可以是一台服务器，或者由若干台服务器组成，或者是一个虚拟化平台，或者是一个云计算服务中心，本申请实施例对此不作限定。如图2所示，该方法包括如下内容。
S210：根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离。
在一实施例中，虚拟位移平台与多光子荧光成像设备中的位移平台相对应，多光子荧光成像设备中的荧光采集模块与虚拟位移平台中的虚拟点相对应。
在一实施例中，如图3a所示为上位机软件，左侧正方形框310为虚拟位移平台，其中的圆形320为荧光采集模块对应的虚拟点，待移动距离为用户在右侧的水平和垂直的框中输入的，例如，水平方向(X轴方向)移动39cm，竖直方向(Y轴方向)移动47cm。虚拟位移平台的原点为五角形所在位置。
在一实施例中，虚拟位移平台与多光子荧光成像设备中的位移平台是成比例设计的，也就是说，当二者的比例系数为1：5时，位移平台的整体长度为100cm*100cm，那么虚拟位移平台的整体长度为20cm*20cm。因此，在确定了虚拟点在虚拟位移平台中的待移动距离后，根据二者的比例系数，可以得知传动机构在位移平台中的相对运动距离，从而带动荧光采集模块在位移平台中移动。
但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定如何确定传动机构在位移平台中的相对运动距离，本领域技术人员可以根据实际需求，进行不同的选择。
在一实施例中，该传动机构可以为机械传动机构、流体传动机构、电气传动机构或者复合传动机构，本申请实施了对此并不作具体限定，只要能够带动荧光采集模块在位移平台中进行移动即可。
例如，该传动机构为轴向电机，那么可以根据所述待移动距离，确定所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，再基于所述相对运动圈数，确定所述相对移动距离。
S220：根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
由此可见，通过控制传动机构的相对运动距离，能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制，即，实现荧光采集装置的定点位移、回原点、固定动作等。
例如，可以确定荧光采集装置在位移平台的位置，以配合活体样本的运动，当活体样本由于过度移动或进行爬高时，导致与荧光采集装置连接的线缆过度的拉扯，通过使传动机构运动相对运动距离，可以将荧光采集装置移动至线缆不过度拉扯的地方。
在一实施例中，在得到相对运动距离后，将相对运动距离对应的信号发送至传动机构，以控制传动机构根据相对运动距离，在位移平台中移动荧光采集模块。
在本申请另一个实施例中，如图4所示的方法是图2所示方法中的步骤S210的示例，如图4所示的方法包括如下内容。
S410：计算所述待移动距离与所述虚拟位移平台的整体长度的比例关系。
在一实施例中，由于虚拟位移平台与多光子荧光成像设备中的位移平台是成比例设计的，所以根据位移平台的整体长度和二者的比例系数，可以得到虚拟位移平台的整体长度，再计算待移动距离与虚拟位移平台的整体长度的比例关系。
例如，如上所述，虚拟位移平台的整体长度为20cm*20cm，假设虚拟点沿X轴、Y轴或Z轴的待移动距离为10cm，那么待移动距离与虚拟位移平台的整体长度的比例关系为1/2。
S420：根据所述比例关系和所述轴向电机的总运动圈数，得到所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，其中，所述总运动圈数为所述轴向电机完成所述位移平台的X轴方向、Y轴方向或Z轴方向的总长度所得到的圈数。
如图3b所示，其示出了位移平台的X轴方向，以及位移平台的Y轴方向，位移平台的原点为五角形所在位置，位移平台的X轴方向的总长度为五角形所在位置到六边形所在位置的距离的二倍，位移平台的Y轴方向的总长度为五角形所在位置到三角形所在位置的距离的二倍。
该位移平台的Z轴方向垂直于X轴和Y轴所构成的平面，在图3b中未示出，但是该位移平台的Z轴方向的总长度的计算方式也可以同上述X轴方向的总长度和Y轴方向的总长度的计算方式。
在用户首次使用多光子荧光成像设备时，对其进行初始化，即，接收荧光采集模块处于位移平台的原点时的轴向电机的电机圈数A，再接收荧光采集模块处于位移平台的X轴的正方向或负方向的最远点时的轴向电机的电机圈数B，将电机圈数A和电机圈数B相减后乘二，得到轴向电机完成位移平台的X轴方向的总长度的总运动圈数，同理，可以得到轴向电机完成位移平台的Y轴方向的总长度的总运动圈数。
在一实施例中，将比例关系和轴向电机的总运动圈数相乘，得到所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，但是本申请实施例并不以此为限。
例如，如上所述，待移动距离与虚拟位移平台的整体长度的比例关系为1/2，假设轴向电机完成位移平台的向X轴方向、Y轴方向或Z轴方向的总长度的总运动圈数均为100圈，那么轴向电机在位移平台中的相对运动圈数为1/2*100圈(即，50圈)。
但是需要说明的是，本申请实施例并不限定轴向电机的运动方向，例如，当虚拟点沿虚拟位移平台的X轴、Y轴或Z轴的负方向移动所述待移动距离时，轴向电机朝逆时针方向运动该相对运动圈数，当虚拟点沿虚拟位移平台的X轴、Y轴或Z轴的正方向移动所述待移动距离时，轴向电机朝顺时针方向运动该相对运动圈数，本申请实施例并不以此为限，轴向电机的运动方向会随着虚拟点的运动方向的改变而改变。
S430：基于所述相对运动圈数，确定所述相对移动距离。
在一实施例中，轴向电机朝逆时针方向运动该相对运动圈数，荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的负方向移动所述相对移动距离；轴向电机朝顺时针方向运动该相对运动圈数，荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的正方向移动所述相对移动距离，但是本申请实施例并不以此为限，荧光采集模块的运动方向会随着轴向电机的运动方向的改变而改变。
通过沿X轴、Y轴、Z轴将荧光采集模块移动该相对移动距离，能够对活体样本进行实时跟踪，并识别出活体样本的三维空间位置。
在本申请另一个实施例中，所述方法还包括：接收传感器发送的所述荧光采集模块在所述位移平台中的移动距离对应的信号，其中，所述移动距离对应的信号包括所述荧光采集模块的移动距离和移动方向；计算所述移动距离与所述位移平台的整体长度的比例关系，并将所述比例关系与所述虚拟位移平台的整体长度相乘，得到所述虚拟点的相对移动距离；按照所述荧光采集模块的移动方向对应的所述虚拟点的移动方向，将所述虚拟点移动所述相对移动距离，以确定所述虚拟点所在的位置。
该传感器可以为拉伸传感器，该拉绳传感器安装在位移平台中的固定位置上，拉绳缚在荧光采集装置上，当荧光采集装置进行移动时，拉绳伸展和收缩。内部弹簧保证拉绳的张紧度不变，带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号，通过测量该电信号，就可以得出拉绳传感器的位移、方向或速率，从而得到荧光采集模块在位移平台中的移动距离对应的信号，该移动距离对应的信号包括荧光采集模块的移动距离和移动方向。
在一实施例，根据荧光采集模块在位移平台中的移动距离和移动方向，可以得到虚拟点在虚拟位移平台上需要移动的距离和移动方向，进而得到虚拟点在虚拟位移平台上的所在位置。
例如，位移平台的整体长度为100cm*100cm，假设荧光采集模块在位移平台中沿X轴、Y轴或Z轴的移动距离为50cm，那么移动距离与位移平台的整体长度的比例关系为1/2。如上所述，由于虚拟位移平台与多光子荧光成像设备中的位移平台是成比例设计的，因此，虚拟位移平台的整体长度为20cm*20cm，那么虚拟点的相对移动距离为1/2*20cm，即，虚拟点沿X轴、Y轴或Z轴的相对移动距离为10cm。最后，按照虚拟点在虚拟位移平台上的移动方向，将虚拟点移动10cm，就可以得到虚拟点所在的位置。
因此，通过实时地确定虚拟点所在的位置，可以将虚拟位移平台上的虚拟点与位移平台中的荧光采集模块实时地进行匹配，从而能够更加精准地对荧光采集模型进行位移控制。
在本申请另一个实施例中，所述方法还包括：接收摄像机发送的活体样本的运动姿态，并累加计算相邻两个运动姿态之间的姿态角度差，得到所述活体样本的累积运动角度差和所述活体样本的运动方向；确定所述累积运动角度差与预设阈值之间的大小关系，并根据所述大小关系，确定旋转电机的运动方向；根据所述旋转电机的运动方向和所述累积运动角度差，控制所述旋转电机，以便于所述旋转电机按照所述旋转电机的运动方向旋转所述累积运动角度差，从而防止与所述荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕。
该摄像机用于连续地捕捉活体样本的运动姿态，假设运动姿态1的姿态角度为10度，与运动姿态1相邻的运动姿态2的姿态角度为20度，与运动姿态2相邻的运动姿态3的姿态角度为50，那么运动姿态1与运动姿态2之间的活体样本的姿态角度差为10度，运动姿态2与运动姿态3之间的活体样本的姿态角度差为30度，累加计算相邻两个运动姿态之间的姿态角度差就是指累加运动姿态1与运动姿态2之间的活体样本的姿态角度差以及运动姿态2与运动姿态3之间的活体样本的姿态角度差，即，活体样本的累积运动角度差为40度。
同时，根据运动姿态1、运动姿态2、运动姿态3的运动方向，可以得到活体样本的运动方向，例如，运动姿态1、运动姿态2、运动姿态3的运动方向均是顺时针方向，那么活体样本的运动方向为顺时针方向。
在一实施例中，当累积运动角度差与预设阈值之间的大小关系确定为累积运动角度大于预设阈值时，确定旋转电机的运动方向为与活体样本的运动方向相反的方向，从而可以将缠绕在一起的所述荧光采集模块连接的线缆解开。
但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定预设阈值的具体取值，本领域技术人员可以根据实际需求，进行不同的选择。
如图5所示，其示出了防止与荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕的方法的流程图，其包括：
S510：接收摄像机连续地捕捉的活体样本的运动姿态；
S520：计算相邻两个运动姿态之间的姿态角度差；
S530：累加任意相邻两个运动姿态之间的姿态角度差，得到累积运动角度差；
S540：判断累积运动角度差是否大于预设阈值；
当累积运动角度差大于预设阈值时，执行步骤S550：根据旋转电机的运动方向和累积运动角度差，控制旋转电机，以便于旋转电机按照旋转电机的运动方向旋转累积运动角度差，从而防止与荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕；然后重复执行步骤S510至540。
当累积运动角度差小于或等于预设阈值时，重复执行步骤S510至530。
示例性装置
本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
图6所示为本申请一个实施例提供的位移控制装置的框图。如图6所示，该装置600包括：
确定模块610，配置为根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；
第一控制模块620，配置为根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
在本申请另一个实施例中，确定模块610进一步配置为：计算所述待移动距离与所述虚拟位移平台的整体长度的比例关系；根据所述比例关系和所述轴向电机的总运动圈数，得到所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，其中，所述总运动圈数为所述轴向电机完成所述位移平台的X轴方向、Y轴方向或Z轴方向的总长度所得到的圈数；基于所述相对运动圈数，确定所述相对移动距离。
在本申请另一个实施例中，当所述相对运动圈数为朝逆时针方向运动的相对运动圈数时，所述荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的负方向移动所述相对移动距离；当所述相对运动圈数为朝顺时针方向运动的相对运动圈数时，所述荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的正方向移动所述相对移动距离。
在本申请另一个实施例中，如图7所示，如图6所示的装置还包括：
接收模块630，配置为接收传感器发送的所述荧光采集模块在所述位移平台中的移动距离对应的信号，其中，所述移动距离对应的信号包括所述荧光采集模块的移动距离和移动方向；
再确定模块640，配置为计算所述移动距离与所述位移平台的整体长度的比例关系，并将所述比例关系与所述虚拟位移平台的整体长度相乘，得到所述虚拟点的相对移动距离；按照所述荧光采集模块的移动方向对应的所述虚拟点的移动方向，将所述虚拟点移动所述相对移动距离，以确定所述虚拟点所在的位置。
在本申请另一个实施例中，如图8所示，如图6所示的设备还包括：
计算模块650，配置为接收摄像机发送的活体样本的运动姿态，并累加计算相邻两个运动姿态之间的姿态角度差，得到所述活体样本的累积运动角度差和所述活体样本的运动方向；
判断模块660，配置为确定所述累积运动角度差与预设阈值之间的大小关系，并根据所述大小关系，确定旋转电机的运动方向；
第二控制模块670，配置为根据所述旋转电机的运动方向和所述累积运动角度差，控制所述旋转电机，以便于所述旋转电机按照所述旋转电机的运动方向旋转所述累积运动角度差，从而防止与所述荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕。
在本申请另一个实施例中，判断模块660进一步配置为：当所述大小关系确定为所述累积运动角度差大于所述预设阈值时，确定所述旋转电机的运动方向为与所述活体样本的运动方向相反的方向。
示例性电子设备
下面，参考图9来描述根据本申请实施例的电子设备。图9图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。
如图9所示，电子设备900包括一个或多个处理器910和存储器920。
处理器910可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备900中的其他组件以执行期望的功能。
存储器920可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器910可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的位移控制方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如相对运动圈数，运动姿态等各种内容。
在一个示例中，电子设备900还可以包括：输入装置930和输出装置940，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
例如，该输入装置930可以是上述的麦克风或麦克风阵列，用于捕捉声源的输入信号。在该电子设备是单机设备时，该输入装置930可以是通信网络连接器。
此外，该输入设备930还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置940可以向外部输出各种信息，包括确定出的相对运动圈数等。该输出设备940可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然，为了简化，图9中仅示出了该电子设备900中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备900还可以包括任何其他适当的组件。
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的位移控制方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的位移控制方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
示例性实体设备
图10所示为本申请一个实施例提供的多光子荧光成像设备的结构示意图。如图10所示，该多光子荧光成像设备包括：第一箱体1010以及与第一箱体1010连接的第二箱体1020；设置在所述第一箱体1010一侧的计算机1030，用于执行上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的位移控制方法中的步骤。
在一实施例中，多光子荧光成像系统包括多个系统模块，例如，激光器，耦合模块，主控制器，多光子显微镜，宽场显微镜，荧光采集模块等等，本申请实施例对此并不作具体限定，本领域技术人员可以根据实际需求，进行不同的选择。
在一实施例中，该第一箱体1010中集成有多个系统模块，用于为活体样本的多光子荧光成像提供实验准备。但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定多个系统模块的具体个数和具体类型。本申请实施例也并不限定实验准备的具体内容，例如，可以为激光器调试、寻找视野、查看表达情况、固定探头、重复定位等等。
在一实施例中，该第二箱体1020中也集成有多个系统模块，用于基于实验准备，对在第二箱体1020中的活体样本进行荧光成像采集，以便于在第一箱体1010和第二箱体1020中完成多光子荧光成像。但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定多个系统模块的具体个数和具体类型。
在一实施例中，第一箱体1010和第二箱体1020可以通过多个连接螺丝和连接板固定，第一箱体1010和第二箱体1020的底端可以设置有多个高强度静音脚轮，为多光子荧光成像设备的拆卸、安装调试、后期维护、移机等提供了很大便利。
在一实施例中，计算机1030还用于控制成像软件以及实现位移控制的上位机软件，该上位机软件为上述“示例性方法”部分中描述的上位机软件。
由此可见，通过将多光子荧光成像系统中的各个系统模块一体化，能够实现各个系统模块的集成化，从而使得多光子荧光成像更加的便捷，同时，通过使计算机执行上述实施例所述的位移控制方法，能够对多光子荧光成像设备中的荧光采集装置进行精准的位移控制。
本申请另一个实施例中，如图10所示，该多光子荧光成像设备还包括：能够在第一箱体1010和第二箱体1020之间移动的多光子探头1040。
在第一箱体1010中，通过实验准备，将多光子探头1040穿戴到活体样本上，以便于在第二箱体1020中，多光子探头1040对活体样本进行激光扫描，产生荧光信号，从而完成荧光成像采集。
示例地，如图10所示的多光子探头1040位于第二箱体1020中，通过按照箭头A所示的方向可以将多光子探头1040移动到第一箱体1010中，但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定移动多光子探头1040的具体方式。
在一实施例中，该多光子探头1040的个数可以为一个，也可以为多个，本申请实施例对此并不作具体限定。当多光子探头1040的个数为一个时，可以仅观察一个活体样本的自然行为，以对其进行多光子成像，当多光子探头1040的个数为多个时，不仅可以观察多个活体样本中的每个活体样本的自然行为，还可以观察多个活体样本之间互动所形成的自然行为，以对其进行多光子成像。
在一实施例中，该多光子探头1040为微型多光子探头，例如，该微型多光子探头的重量约为2.2g，体积不超过1cm3。因此，可以将该微型多光子探头穿戴到活体样本(例如小老鼠)的头部，使得活体样本带着微型多光子探头进行自由移动。
在一实施例中，该多光子探头1040高度集成了常规多光子显微镜所必要的器件，实现飞秒激光有效的导入、微小空间内的高速扫描/图像重建、高质量激光汇聚以及高效激发。
本申请另一个实施例中，如图10所示，第一箱体1010包括激光器区B、耦合区C、控制区D、成像区E和视野搜寻位移区F。
在一实施例中，为了便于在第一箱体1010中进行实验准备，可以将激光器区B、耦合区C、成像区E和视野搜寻位移区F设置于控制区D的下方，以便于用户调试激光器以及寻找视野、查看表达情况、固定探头等等，从而提高用户的使用体验。
在一实施例中，所述激光器区、所述耦合区位于所述第一箱体的远离门的内侧，这样能够使激光器在恒温恒湿的环境中工作，同时，还可以保障激光安全以及防止落灰影响光学器件，避免用户误触碰光路，且第一箱体的框架后还设置多个风扇降温，以实现激光器的散热降温。在一实施例中，为提高多光子荧光成像设备的抗震动抗干扰能力、提高成像质量，该激光器区、耦合区所在的平台还配有气浮防震台。
在一实施例中，所述成像区以及所述视野搜寻位移区位于所述第一箱体的靠近门的外侧，这样能够方便实验操作，例如，寻找视野、查看表达情况、固定探头、重复定位等等，且还能够方便其他辅助设备的使用，例如，麻醉剂、刺激设备等。
但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定各个区域的位置关系，本领域技术人员可以根据实际需求，进行不同的选择。
在一实施例中，所述激光器区包括激光器，用于产生激光，以激发荧光蛋白，产生荧光信号。但是本申请实施例并不具体限定激光器的具体类型，可以为不同波长或者可调谐波长的飞秒激光器。
在一实施例中，所述耦合区包括耦合模块，用于实现激光光强的调节、激光shutter保护、耦合调节功能。
在一实施例中，所述成像区包括多光子显微镜和宽场显微镜，将宽场显微镜与多光子显微镜进行结构整合，可将单光子成像与多光子成像结合在一起，以通过宽场显微镜对活体样本寻找大视野，再基于寻找到的大视野，利用多光子显微镜进行检测点的精准定位。
在一实施例中，所述视野搜寻位移区包括位移台，该位移台可以为三轴位移台，也可以为五轴位移台，本申请实施例对此并不作具体限定。将活体样本放置在位移台上，能够使活体样本沿各个轴进行运动，从而方便寻找视野。该位移台还可以可配合上位机软件使用，以精准的进行各个轴的移动。
应当理解，该位移台与上述“示例性方法”部分中描述的位移平台不同，该位移台用于寻找视野。
在一实施例中，所述控制区包括控制器，该控制器可以包括主控制器和激光器的控制器。主控制器包含MEMS驱动、信号发生模块、采集模块和电源，对采集的电信号进行处理、还原、图像重建，以保证成像系统正常工作。激光器的控制器用于实现对激光的控制(单模泵浦控制、多模控制、锁模电机控制、自动启动控制、偏振态控制、温控调节等)。
本申请另一个实施例中，如图10所示，所述第二箱体包括采集区G、行为装置区H、行为学位移区I和摄像机区J。
在一实施例中，所述采集区包括荧光采集模块，该荧光采集模块用于采集多光子探头输出的荧光信号，并将荧光信号转换为电信号，将电信号放大，并发送至主控制器，以完成活体样本的内部的组织平面的成像。该荧光采集模块可以实现不同荧光信号的切换，并方便单通道与双通道信号的改装。
在一实施例中，所述行为学位移区包括用于沿X轴、Y轴和/或Z轴方向移动所述荧光采集模块的传动机构，该传动机构设置在荧光采集模块中，从而可以将荧光采集模块沿X轴、Y轴和/或Z轴方向移动。该传动机构还可以配合上位机软件使用，以精准的进行各个轴的移动，为定点位移、回原点、固定动作等功能提供可能。
在一实施例中，该传动机构为轴向电机。行为学位移区的电缆采用坦克链的设计，有效避免了轴向电机移动时，电缆的混乱与干扰。
在一实施例中，所述行为装置区包括可拆卸的行为学装置，该行为学装置为可拆卸的各种类型的行为学装置，例如，圆柱形的行为学装置，带阶梯的行为学装置，因此，可以实现活体样本的不同的行为学实验。
在一实施例中，所述摄像机区包括上述“示例性方法”部分中描述的摄像机，用于对活体样本进行运动姿态的拍摄。该摄像机可以为广角红外摄像机，本申请实施例对此并不作具体限定。该摄像机可以配合有360度万向调节的旋转伸缩杆，将该摄像机移动到合适位置，以无死角且清晰的捕捉活体样本的活动，以根据识别到的活体样本的位置，实现对活体样本的实时跟踪。
在一实施例中，所述行为学位移区还包括用于防止与所述荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕的旋转电机和/或用于定位所述荧光采集模块的位置的传感器。
该旋转电机设置在荧光采集装置中，当活体样本在行为学装置中进行运动时，与荧光采集装置连接的线缆会出现缠绕甚至折断的现象，通过该旋转电机，移动荧光采集装置，可以解开缠绕在一起的线缆。
该传感器可以为拉伸传感器，但是需要说明的是，本申请实施例并不具体限定传感器的类型。
该行为学位移台设置在行为学位移区中，其包括X、Y、Z三个方向的位移杆，用于根据轴向电机的转动方向，带动荧光采集模块运动。应当理解，该行为学位移台与上述“示例性方法”部分中描述的位移平台为同一个构件。
轴向电机与旋转电机可以带有减速器，其具有一定减速比，用于减少轴向电机与旋转电机的运动给行为学位移台带来的震动。
本申请另一个实施例中，所述第一箱体为完全密封且隔音的箱体，以为实验准备提供所需的条件，所述第二箱体为完全密封且隔音的箱体，以防止外界光线对所述活体样本产生生理影响。
为了避免外界环境光、外界事物、外界噪声对多光子成像的实验准备带来干扰，第一箱体为完全密封且隔音的箱体，同时，为了防止外界光线对活体样本产生生理影响，第二箱体也为完全密封且隔音的箱体，因此，第一箱体和第二箱体的框架选用了密封性较好、使用方便的折叠门和滑门。
本申请另一个实施例中，所述设备还包括：镶嵌在所述第一箱体或所述第二箱体外侧的电源控制中心面板和状态指示灯。
示例地，如图10所示，为了方便用户使用电源控制中心面板N和状态指示灯O镶嵌在第一箱体1010的外侧，但是本申请实施例并不以此为限，电源控制中心面板和状态指示灯还可以镶嵌在第二箱体1020的外侧。同时，本申请实施例也并不限定电源控制中心面板和状态指示灯具体镶嵌在第一箱体或第二箱体的哪个位置，本领域技术人员可以根据实际需求，进行不同的选择。
该电源控制中心面板N高度集成了多光子荧光成像设备所涉及的辅助电源及开关控制，避免了操作复杂、电路安全问题、激光使用与紫外消毒不规范等。
通过该状态指示灯O，可以自检多光子荧光成像设备的工作状态，通过指示灯的不同颜色提示用户，便于用户直观了解多光子荧光成像设备的当前状态。例如，该状态指示灯O支持三种状态指示，红灯表示故障提示、绿灯表示激光开启，注意激光安全、黄灯表示紫外灯开启，注意紫外安全。
综上，该多光子荧光成像设备实现了各系统模块的模块化设计，设置有不同区域，规范电源、线缆、核心器件的安装与使用，不仅能够从客户使用出发，优化各个系统模块的使用体验，使得多光子荧光成像更稳定、更便捷，还能够逐渐推进规模化生产。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (15)
1.一种位移控制方法，应用于多光子荧光成像设备，其特征在于，包括：
根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；
根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传动机构包括轴向电机，其中，所述根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离，包括：
根据所述待移动距离，确定所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数；
基于所述相对运动圈数，确定所述相对移动距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述待移动距离，确定所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，包括：
计算所述待移动距离与所述虚拟位移平台的整体长度的比例关系；
根据所述比例关系和所述轴向电机的总运动圈数，得到所述轴向电机在所述位移平台中的相对运动圈数，其中，所述总运动圈数为所述轴向电机完成所述位移平台的X轴方向、Y轴方向或Z轴方向的总长度所得到的圈数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述相对运动圈数为朝逆时针方向运动的相对运动圈数时，所述荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的负方向移动所述相对移动距离；当所述相对运动圈数为朝顺时针方向运动的相对运动圈数时，所述荧光采集模块沿所述位移平台的X轴、Y轴或Z轴的正方向移动所述相对移动距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
接收传感器发送的所述荧光采集模块在所述位移平台中的移动距离对应的信号，其中，所述移动距离对应的信号包括所述荧光采集模块的移动距离和移动方向；
计算所述移动距离与所述位移平台的整体长度的比例关系，并将所述比例关系与所述虚拟位移平台的整体长度相乘，得到所述虚拟点的相对移动距离；
按照所述荧光采集模块的移动方向对应的所述虚拟点的移动方向，将所述虚拟点移动所述相对移动距离，以确定所述虚拟点所在的位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
接收摄像机发送的活体样本的运动姿态，并累加计算相邻两个运动姿态之间的姿态角度差，得到所述活体样本的累积运动角度差和所述活体样本的运动方向；
确定所述累积运动角度差与预设阈值之间的大小关系，并根据所述大小关系，确定旋转电机的运动方向；
根据所述旋转电机的运动方向和所述累积运动角度差，控制所述旋转电机，以便于所述旋转电机按照所述旋转电机的运动方向旋转所述累积运动角度差，从而防止与所述荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述累积运动角度差与预设阈值之间的大小关系，并根据所述大小关系，确定旋转电机的运动方向，包括：
当所述大小关系确定为所述累积运动角度差大于所述预设阈值时，确定所述旋转电机的运动方向为与所述活体样本的运动方向相反的方向。
8.一种位移控制装置，应用于多光子荧光成像设备，其特征在于，包括：
确定模块，配置为根据上位机软件中的虚拟位移平台上的所述多光子荧光成像设备的荧光采集模块对应的虚拟点的待移动距离，确定传动机构在所述多光子荧光成像设备的位移平台中的相对运动距离；
第一控制模块，配置为根据所述相对运动距离，控制所述传动机构，以便于所述传动机构根据所述相对运动距离，在所述位移平台中移动所述荧光采集模块。
9.一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于执行上述权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1至7中任一项所述的方法。
11.一种多光子荧光成像设备，其特征在于，包括：
第一箱体，用于为活体样本的多光子荧光成像提供实验准备；
与所述第一箱体连接的第二箱体，用于基于所述实验准备，对在所述第二箱体中的活体样本进行荧光成像采集，以便于在所述第一箱体和所述第二箱体中完成所述多光子荧光成像；
设置在所述第一箱体一侧的计算机，用于执行上述权利要求1至7中任一项所述的位移控制方法。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，还包括：
能够在所述第一箱体和所述第二箱体之间移动的多光子探头，其中，在所述第一箱体中，通过所述实验准备，将所述多光子探头穿戴到所述活体样本上，以便于在所述第二箱体中，所述多光子探头对所述活体样本进行激光扫描，产生荧光信号，从而完成所述荧光成像采集。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述第一箱体包括激光器区、耦合区、控制区、成像区和视野搜寻位移区，
其中，所述激光器区包括激光器，所述耦合区包括耦合模块，所述控制区包括控制器，所述成像区包括多光子显微镜和宽场显微镜，所述视野搜寻位移区包括位移台。
14.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述第二箱体包括采集区、行为装置区、行为学位移区和摄像机区，
其中，所述采集区包括荧光采集模块，所述行为学位移区包括用于沿X轴、Y轴和/或Z轴方向移动所述荧光采集模块的传动机构，所述行为装置区包括可拆卸的行为学装置，所述摄像机区包括摄像机。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述行为学位移区还包括用于防止与所述荧光采集模块连接的线缆之间的缠绕的旋转电机和/或用于定位所述荧光采集模块的位置的传感器。
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