CN113533286B - 一种高通量三维成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维成像术领域，具体涉及一种高通量三维成像设备，包括进样系统和成像系统；所述成像系统中包括激光光源、成像池和第一接收组件；所述激光光源适于在成像池中产生片状光，用于激发成像池中的样品产生荧光；所述第一接收组件适于采集所述荧光并成像；所述成像系统还包括：LED光源；第一二色镜，设置在所述LED光源与成像池之间；所述LED光源出射的明场照明光通过第一二色镜汇入激光光源出射的激光照明光；第二接收组件，适于采集成像池中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像。本发明能够解决现有技术中三维成像质量不高的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及三维成像术领域，具体涉及一种高通量三维成像设备。
背景技术
三维成像设备在各领域中的应用十分广泛，在生物医学工程技术领域中，研究人员常常使用三维成像设备进行研究，其中，一种主要的研究方向为微小模式生物，例如对斑马鱼、线虫等的进行三维成像。
斑马鱼身体延长而略呈纺锤形，头小而稍尖，吻较短，全身布满多条深蓝色纵纹似斑马，与银白色或金黄色纵纹相间排列纹路比较有条理。在水族箱内成群游动时犹如奔驰于非洲草原的斑马群，故此得名斑马鱼。斑马鱼和人类基因有着87％的高度相似性，作为模式生物的优势很突出，因此其实验结果大多数情况下适用于人体。
目前相关技术中的三维成像装置通过液流驱动样品，样品在液流中的速度无法确定，影响三维成像精度，因此会影响三维成像的质量。
发明内容
因此，本发明要解决现有技术中三维成像质量不高的缺陷，从而提供一种高通量三维成像设备。
一种高通量三维成像设备，包括进样系统和成像系统；所述成像系统中包括激光光源、成像池和第一接收组件；所述激光光源适于在成像池中产生片状光，用于激发成像池中的样品产生荧光；所述第一接收组件适于采集所述荧光并成像；所述成像系统还包括：LED光源；第一二色镜，设置在所述LED光源与成像池之间；所述LED光源出射的明场照明光通过第一二色镜汇入激光光源出射的激光照明光；第二接收组件，适于采集成像池中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像。
可选的，所述第二接收组件包括第二物镜、第四滤色片、第五透镜以及第三相机，所述LED光源出射的明场照明光依次通过第二物镜、第四滤色片、第五透镜以及第三相机。
可选的，所述LED光源与第一二色镜之间设有第一滤色片与第二透镜，所述LED光源出射的明场照明光依次通过第一滤色片与第二透镜。
可选的，所述第一接收组件包括第三物镜、第二二色镜、第三透镜、第一相机、第四透镜以及第二相机，所述荧光包括第一分支光线与第二分支光线，所述第一分支光线依次通过第三物镜、第二二色镜、第三透镜以及第一相机；所述第二分支光线依次通过第三物镜、第二二色镜、第四透镜以及第二相机。
可选的，所述第二二色镜与所述第三透镜之间设有第二滤色片，所述第一分支光线通过第二滤色片；所述第二二色镜与所述第四透镜之间设有第三滤色片，所述第二分支光线通过第三滤色片。
可选的，所述激光光源与所述第一二色镜之间之间设有第一透镜与柱面镜，所述激光照明光依次通过第一透镜与柱面镜。
可选的，所述第一透镜与柱面镜之间设有狭缝，所述激光照明光通过所述狭缝。
可选的，所述进样系统包括注射器；缓冲池，适于放置缓冲液；样品池，适于放置样品；所述注射器通过三通管分别连通所述缓冲池和所述样品池；连通所述缓冲池的第一支管和连通所述样品池的第二支管上分别设置开关；所述样品池通过三通管分别连通所述注射器和所述成像池；连通所述第二支管的第三支管和连通所述成像池的第四支管上分别设置开关；第一光电探测器，设置在第二支管上；第二光电探测器，设置在第四支管上；回收池，适于回收所述成像池中完成成像的样品；毛细管，设置在所述成像池的成像区域内，其一端连通所述第四支管，另一端连通所述回收池。
可选的，所述毛细管与所述片状光呈角度设置。
可选的，所述样品池内连通有气管，所述气管设于连接气泵。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种高通量三维成像设备，包括进样系统和成像系统；所述成像系统中包括激光光源、成像池和第一接收组件；所述激光光源适于在成像池中产生片状光，用于激发成像池中的样品产生荧光；所述第一接收组件适于采集所述荧光并成像；所述成像系统还包括：LED光源；第一二色镜，设置在所述LED光源与成像池之间；所述LED光源出射的明场照明光通过第一二色镜汇入激光光源出射的激光照明光；第二接收组件，适于采集成像池中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像。通过上述设置，当操作人员需要检测样品时，将样品置于成像池中，启动激光光源，激光光源在成像池中产生片状光，并激发成像池中的样品产生荧光，第一接收组件采集荧光并成像，此外，操作人员同步启动LED光源，第二接收组件采集成像池中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像，而后对明场图像进行数据处理，增强三维成像的精度，使三维成像的质量得到提高。
2.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述第二接收组件包括第二物镜、第四滤色片、第五透镜以及第三相机，所述LED光源出射的明场照明光依次通过第二物镜、第四滤色片、第五透镜以及第三相机。通过上述设置，第二物镜采集明场图像，第四滤色片过滤明场照明光，而后第五透镜将明场图像汇聚至第三相机上。
3.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述LED光源与第一二色镜之间设有第一滤色片与第二透镜，所述LED光源出射的明场照明光依次通过第一滤色片与第二透镜。通过上述设置，第一滤色片对明场照明光进行滤波，第二透镜对明场照明光进行准直。
4.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述第一接收组件包括第三物镜、第二二色镜、第三透镜、第一相机、第四透镜以及第二相机，所述荧光包括第一分支光线与第二分支光线，所述第一分支光线依次通过第三物镜、第二二色镜、第三透镜以及第一相机；所述第二分支光线依次通过第三物镜、第二二色镜、第四透镜以及第二相机。通过上述设置，第三物镜收集荧光，第二二色镜对荧光进行分光，使荧光分为第一分支光线与第二分支光线，第三透镜将第一分支光线汇聚至第一相机上，第四透镜将第二分支光线汇聚至第二相机上，从而使得样品的不同部位能够分别成像在不同的相机上，从而便于操作人员进行后续的研究。
5.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述第二二色镜与所述第三透镜之间设有第二滤色片，所述第一分支光线通过第二滤色片；所述第二二色镜与所述第四透镜之间设有第三滤色片，所述第二分支光线通过第三滤色片。通过上述设置，第二滤色片对第一分支光线进行过滤，第三滤色片对第二分支光线进行过滤，从而提高三维成像的质量。
6.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述激光光源与所述第一二色镜之间之间设有第一透镜与柱面镜，所述激光照明光依次通过第一透镜与柱面镜。通过上述设置，第一透镜对激光照明光进行准直，柱面镜将准直后的激光照明光进行聚焦，从而便于激光照明光在成像池中产生片状光。
7.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述第一透镜与柱面镜之间设有狭缝，所述激光照明光通过所述狭缝。通过上述设置，狭缝能够调整激光照明光光片的厚度，从而便于激光照明光在成像池中产生片状光。
8.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述进样系统包括注射器；缓冲池，适于放置缓冲液；样品池，适于放置样品；所述注射器通过三通管分别连通所述缓冲池和所述样品池；连通所述缓冲池的第一支管和连通所述样品池的第二支管上分别设置开关；所述样品池通过三通管分别连通所述注射器和所述成像池；连通所述第二支管的第三支管和连通所述成像池的第四支管上分别设置开关；第一光电探测器，设置在第二支管上；第二光电探测器，设置在第四支管上；回收池，适于回收所述成像池中完成成像的样品；毛细管，设置在所述成像池的成像区域内，其一端连通所述第四支管，另一端连通所述回收池。通过上述设置，操作人员启动注射器，使注射器从样品池中加载样品，此时第二支管上与第三支管上的开关打开，第一支管与第四支管上的开关关闭。第一光电探测器用于检测样品是否就位；当第一光电探测器检测到样品就位后，注射器从缓冲池中吸入缓冲液，此时第一支管上的开关打开，第二支管上的开关关闭，然后将样品推向成像池，此时第二支管上与第四支管上的开关打开，第一支管与第三门支管上的开关关闭。另外第二光电探测器用于检测样品是否就位，当样品就位后同步触发前述光路中的相机进行拍摄。拍摄结束后样品释放至回收池，至此完成一个样品的加载、成像与卸载。
9.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述毛细管与所述片状光呈角度设置。通过上述设置，能够提高三维成像的质量。
10.本发明提供的一种高通量三维成像设备，所述样品池内连通有气管，所述气管设于连接气泵。通过上述设置，操作人员利用气泵对样品池进行鼓气，从而能够避免样品沉底。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本申请实施例的一种高通量三维成像设备的光路示意图；
图2为本申请实施例的一种高通量三维成像设备的液流示意图。
附图标记说明：1、激光光源；2、成像池；3、LED光源；4、第一二色镜；5、第二物镜；6、第四滤色片；7、第五透镜；8、第三相机；9、第一滤色片；10、第二透镜；11、第三物镜；12、第二二色镜；13、第三透镜；14、第一相机；15、第四透镜；16、第二相机；17、第二滤色片；18、第三滤色片；19、第一透镜；20、柱面镜；21、狭缝；22、注射器；23、样品池；24、第一支管；25、第二支管；26、第三支管；27、第四支管；28、第一光电探测器；29、第二光电探测器；30、回收池；31、毛细管；32、气管；33、第一物镜；34、第一反射镜；35、第二反射镜；36、第一电磁阀；37、第二电磁阀；38、第三电磁阀；39、第四电磁阀；40、缓冲池。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
参照图1-2，本发明提供的一种高通量三维成像设备，包括进样系统和成像系统；所述成像系统中包括激光光源1、成像池2和第一接收组件；所述激光光源1适于在成像池2中产生片状光，用于激发成像池2中的样品产生荧光；所述第一接收组件适于采集所述荧光并成像；所述成像系统还包括：LED光源3；第一二色镜4，设置在所述LED光源3与成像池2之间；所述LED光源3出射的明场照明光通过第一二色镜4汇入激光光源1出射的激光照明光；第二接收组件，适于采集成像池2中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像。
通过上述设置，当操作人员需要检测样品时，将样品置于成像池2中，启动激光光源1，激光光源1在成像池2中产生片状光，并激发成像池2中的样品产生荧光，第一接收组件采集荧光并成像，此外，操作人员同步启动LED光源3，第二接收组件采集成像池2中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像，而后对明场图像进行数据处理，增强三维成像的精度，使三维成像的质量得到提高。
其中，数据处理采用模板匹配法，即从明场图像中取一个特定位置做模板，比如斑马鱼的头部，针对相邻两帧明场图像进行模板匹配，计算出相应的位移量，所得到的位移量累加起来得到位置曲线。
第二接收组件包括第二物镜5、第四滤色片6、第五透镜7以及第三相机8，LED光源3出射的明场照明光依次通过第二物镜5、第四滤色片6、第五透镜7以及第三相机8。通过上述设置，第二物镜5采集明场图像，第四滤色片6过滤明场照明光，而后第五透镜7将明场图像汇聚至第三相机8上。
LED光源3与第一二色镜4之间设有第一滤色片9与第二透镜10，LED光源3出射的明场照明光依次通过第一滤色片9与第二透镜10。通过上述设置，第一滤色片9对明场照明光进行滤波，第二透镜10对明场照明光进行准直。
第一接收组件包括第三物镜11、第二二色镜12、第三透镜13、第一相机14、第四透镜15以及第二相机16，荧光包括第一分支光线与第二分支光线，第一分支光线依次通过第三物镜11、第二二色镜12、第三透镜13以及第一相机14；第二分支光线依次通过第三物镜11、第二二色镜12、第四透镜15以及第二相机16。通过上述设置，第三物镜11收集荧光，第二二色镜12对荧光进行分光，使荧光分为第一分支光线与第二分支光线，第三透镜13将第一分支光线汇聚至第一相机14上，第四透镜15将第二分支光线汇聚至第二相机16上，从而使得样品的不同部位能够分别成像在不同的相机上，从而便于操作人员进行后续的研究。
第二二色镜12与第三透镜13之间设有第二滤色片17，第一分支光线通过第二滤色片17；第二二色镜12与第四透镜15之间设有第三滤色片18，第二分支光线通过第三滤色片18。通过上述设置，第二滤色片17对第一分支光线进行过滤，第三滤色片18对第二分支光线进行过滤，从而提高三维成像的质量。
激光光源1与第一二色镜4之间之间设有第一透镜19与柱面镜20，激光照明光依次通过第一透镜19与柱面镜20。通过上述设置，第一透镜19对激光照明光进行准直，柱面镜20将准直后的激光照明光进行聚焦，从而便于激光照明光在成像池2中产生片状光。
第一透镜19与柱面镜20之间设有狭缝21，激光照明光通过狭缝21。通过上述设置，狭缝21能够调整激光照明光光片的厚度，从而便于激光照明光在成像池2中产生片状光。
应当注意的是，第一二色镜4与成像池2之间设置有第一反射镜34与第一物镜33，激光照明光与明场照明光依次通过第一反射镜34与第一物镜33，第一物镜33适于在成像池2中产生片状光；此外，第二物镜5与第四滤色片6之间设置有第二反射镜35，明场照明光通过第二反射镜35。
进样系统包括注射器22；缓冲池40，适于放置缓冲液；样品池23，适于放置样品；注射器22通过三通管分别连通缓冲池40和样品池23；连通缓冲池40的第一支管24和连通样品池23的第二支管25上分别设置开关；样品池23通过三通管分别连通注射器22和成像池2；连通第二支管25的第三支管26和连通成像池2的第四支管27上分别设置开关；第一光电探测器28，设置在第二支管25上；第二光电探测器29，设置在第四支管27上；回收池30，适于回收成像池2中完成成像的样品；毛细管31，设置在成像池2的成像区域内，其一端连通第四支管27，另一端连通回收池30。
通过上述设置，操作人员启动注射器22，使注射器22从样品池23中加载样品，此时第二支管25上与第三支管26上的开关打开，第一支管24与第四支管27上的开关关闭。第一光电探测器28用于检测样品是否就位；当第一光电探测器28检测到样品就位后，注射器22从缓冲池40中吸入缓冲液，此时第一支管24上的开关打开，第二支管25上的开关关闭，然后将样品推向成像池2，此时第二支管25上与第四支管27上的开关打开，第一支管24与第三门支管上的开关关闭。另外第二光电探测器29用于检测样品是否就位，当样品就位后同步触发前述光路中的相机进行拍摄。拍摄结束后样品释放至回收池30，至此完成一个样品的加载、成像与卸载。
其中，第一支管24上的开关为第一电磁阀36，第二支管25上的开关为第二电磁阀37，第三支管26上的开关为第三电磁阀38，第四支管27上的开关为第四电磁阀39。另外，为了提高注射器22加载样品的精确度，操作人员利用精密注射泵驱动注射器22工作。
毛细管31与片状光呈角度设置。通过上述设置，能够提高三维成像的质量。
具体的，毛细管31与片状光呈30°的夹角。
样品池23内连通有气管32，气管32设于连接气泵。通过上述设置，操作人员利用气泵对样品池23进行鼓气，从而能够避免样品沉底。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种高通量三维成像设备，包括进样系统和成像系统；
所述成像系统中包括激光光源（1）、成像池（2）和第一接收组件，所述第一接收组件包括第三物镜（11）、第二二色镜（12）、第三透镜（13）、第一相机（14）、第四透镜（15）以及第二相机（16），荧光包括第一分支光线与第二分支光线，所述第一分支光线依次通过第三物镜（11）、第二二色镜（12）、第三透镜（13）以及第一相机（14）；所述第二分支光线依次通过第三物镜（11）、第二二色镜（12）、第四透镜（15）以及第二相机（16）；所述激光光源（1）适于在成像池（2）中产生片状光，用于激发成像池（2）中的样品产生荧光；所述第一接收组件适于采集所述荧光并成像；
其特征在于，所述成像系统还包括：
所述激光光源（1）与第一二色镜（4）之间设有第一透镜（19）与柱面镜（20），所述激光照明光依次通过第一透镜（19）与柱面镜（20），所述第一透镜（19）与柱面镜（20）之间设有狭缝（21），激光照明光通过所述狭缝（21）；
LED光源（3）；
第一二色镜（4），设置在所述LED光源（3）与成像池（2）之间；所述LED光源（3）出射的明场照明光通过第一二色镜（4）汇入激光光源（1）出射的激光照明光；
第二接收组件，适于采集成像池（2）中的样品经所述明场照明光照射后产生的明场图像，其中，所述第二接收组件包括第二物镜（5）、第四滤色片（6）、第五透镜（7）以及第三相机（8），所述LED光源（3）出射的明场照明光依次通过第二物镜（5）、第四滤色片（6）、第五透镜（7）以及第三相机（8）；
毛细管（31），设置在成像池（2）的成像区域内，所述毛细管（31）与所述片状光呈角度设置。
2.根据权利要求1所述的一种高通量三维成像设备，其特征在于，所述LED光源（3）与第一二色镜（4）之间设有第一滤色片（9）与第二透镜（10），所述LED光源（3）出射的明场照明光依次通过第一滤色片（9）与第二透镜（10）。
3.根据权利要求1所述的一种高通量三维成像设备，其特征在于，所述第二二色镜（12）与所述第三透镜（13）之间设有第二滤色片（17），所述第一分支光线通过第二滤色片（17）；所述第二二色镜（12）与所述第四透镜（15）之间设有第三滤色片（18），所述第二分支光线通过第三滤色片（18）。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高通量三维成像设备，其特征在于，所述进样系统包括：
注射器（22）；
缓冲池（40），适于放置缓冲液；
样品池（23），适于放置样品；
所述注射器（22）通过三通管分别连通所述缓冲池（40）和所述样品池（23）；连通所述缓冲池（40）的第一支管（24）和连通所述样品池（23）的第二支管（25）上分别设置开关；
所述样品池（23）通过三通管分别连通所述注射器（22）和所述成像池（2）；连通所述第二支管（25）的第三支管（26）和连通所述成像池（2）的第四支管（27）上分别设置开关；
第一光电探测器（28），设置在第二支管（25）上；
第二光电探测器（29），设置在第四支管（27）上；
回收池（30），适于回收所述成像池（2）中完成成像的样品；
毛细管（31），设置在所述成像池（2）的成像区域内，其一端连通所述第四支管（27），另一端连通所述回收池（30）。
5.根据权利要求4所述的一种高通量三维成像设备，其特征在于，所述毛细管（31）与所述片状光呈角度设置。
6.根据权利要求4所述的一种高通量三维成像设备，其特征在于，所述样品池（23）内连通有气管（32），所述气管（32）设于连接气泵。
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