CN113835208A - 一种大视场双光子扫描和成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大视场双光子扫描和成像装置，包括激光器、反射镜组、二向色镜、二维振镜、扫描透镜、用于放置样品的样品台、反射镜四和光电倍增管，激光器、反射镜组、二向色镜、二维振镜和扫描透镜依次放置组成第一光路，扫描透镜、二维振镜、二向色镜、反射镜四和光电倍增管依次放置组成第二光路，反射镜组和二维振镜位于二向色镜的同侧，反射镜四和二维振镜分别位于二向色镜的两侧。与现有技术相比，本发明是在原有的双光子显微镜上进行简要的修改，将原有的显微镜的部分舍弃，将样品放置于扫描透镜的焦点处，而非显微镜物镜的焦点处，同时改变其他光学元件的搭配，这样可以获得一个更大视场的荧光图像。

Description

一种大视场双光子扫描和成像装置

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体涉及一种大视场双光子扫描和成像装置。

背景技术

荧光成像是一种使用特定波长的光照射被检物体产生荧光，对荧光进行采集和处理得到荧光图像的技术。随着荧光成像技术的发展，目前已经有单光子荧光成像和双光子荧光成像，并且荧光成像以及与多种治疗手段结合在一起，荧光成像引导的光动力治疗就是其中的一种，与单光子引导的光动力治疗相比，双光子引导的光动力治疗的穿透深度更深，对周围的正常组织的损伤更小，然而目前双光子引导的光动力治疗使用的是商业化的双光子显微镜，而商业化的双光子显微镜是在显微镜的物镜的焦点处对被检物体进行双光子扫描，而显微镜的物镜的孔径尺寸限制了双光子扫描的范围，使显微镜的视场较小，通常只有几毫米。

发明内容

本发明的目的就是提供一种大视场双光子扫描和成像装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种大视场双光子扫描和成像装置，所述装置包括激光器、反射镜组、二向色镜、二维振镜、扫描透镜、用于放置样品的样品台、反射镜四和光电倍增管，所述激光器、反射镜组、二向色镜、二维振镜和扫描透镜依次放置组成第一光路，所述扫描透镜、二维振镜、二向色镜、反射镜四和光电倍增管依次放置组成第二光路，所述激光器位于反射镜组入射光束的光轴上，所述反射镜组位于二向色镜入射光束的光轴上，所述反射镜组和二维振镜位于二向色镜的同侧，所述扫描透镜位于二维振镜反射光束的光轴上，所述样品台位于扫描透镜的焦平面(焦平面是指过扫描透镜的第一焦点且垂直于扫描透主光轴的平面)上，所述反射镜四和二维振镜分别位于二向色镜的两侧，所述反射镜四位于二向色镜透射光束的光轴上，所述光电倍增管位于反射镜四反射光束的光轴上。本装置进行使用时，二维振镜、扫描透镜等都会反射样品经激发光激发出的荧光，此时这些光学元件的关于激发光入射光束的路径便也成了荧光反射光束的路径，关于激发光反射光束的路径便也成了荧光入射光束的路径。

所述反射镜组包括反射镜一、反射镜二和反射镜三，所述激光器位于反射镜一入射光束的光轴上，所述反射镜二位于反射镜一反射光束的光轴上，所述反射镜三位于反射镜二反射光束的光轴上，所述反射镜三位于二向色镜入射光束的光轴上。采用三个反射镜是为了实际使用中方便调整光路的高度和角度，使得调节更加方便，也可适应多种应用环境。

所述二维振镜包括独立的X振镜和Y振镜，所述二向色镜位于X振镜入射光束的光轴上，所述Y振镜位于X振镜反射光束的光轴上。

所述反射镜二、反射镜三、二向色镜、X振镜和反射镜四相平行，所述反射镜一和Y振镜相平行。

所述反射镜四和光电倍增管之间设有滤光片。

所述反射镜四和滤光片之间设有透镜二。

所述滤光片为750nm的短通滤光片。

所述装置还包括计算机和数据采集卡，所述计算机通过数据采集卡分别和二维振镜及光电倍增管进行电连接。

所述计算机、数据采集卡和二维振镜之间设有USB数据线，所述计算机、数据采集卡和光电倍增管之间设有USB数据线。

所述激光器采用飞秒激光器，中心波长为690-1040nm，脉宽为90-110fs(100fs附近即可)，重复频率为70-90MHz，优选为80MHz。

所述二向色镜为745nm的短波通二向色镜。

所述数据采集卡采用NI数据采集卡，具体型号为USB-6343。

本发明在使用时，将样品(该样品为可发出荧光的样品)置于样品台上，并调整样品，使其正好位于扫描透镜的焦点上，之后启动激光器，激光器向外发射的激发光经过反射镜组、二向色镜、二维振镜和扫描透镜，打到样品上，然后计算机通过数据采集卡会向二维振镜施加一个不断变化的电压信号，由于二维振镜的机制，二维振镜的X振镜和Y振镜这两个单独的镜片也会不断的偏转(偏转情况由电压信号控制)，此时，经过二维振镜反射的激发光会发生移动，进而，经过扫描透镜聚焦的激发光的聚焦位置会在一个焦平面发生移动，以此可以实现双光子扫描，获得一个大范围的扫描视场，而样品经激发光照射后，会发出荧光，荧光经扫描透镜发散为平行光后再经二维振镜入射到二向色镜上，由于二向色镜具有分离激发光和荧光的作用，所以荧光透射出二向色镜入射到反射镜四上，再被光电倍增管捕捉，光电倍增管将荧光信号转换为电信号，在通过数据采集卡和计算机对电信号进行采集和处理，得到大视野的荧光图像。

本发明利用可向外发射不同波长的近红外光的激光器，通过多种光学元件的搭配，将近红外光打到可发出荧光的样品上，使样品中的荧光物质发生双光子激发，之后通过二向色镜将荧光和激发光分离开来，通过透镜二将荧光汇聚，使更多的荧光被光电倍增管接收，通过滤波片过滤非荧光波长范围的其他光，以此来减少其他范围波长的光对最终图像的影响。

本发明针对目前商业化双光子显微镜成像视场较小的不足，通过在原有的双光子显微镜的框架下进行修改，舍弃了物镜，让被检物体(即样品)位于扫描透镜的焦点处，然后在对其他的光学元件进行搭配，可以获得一个较大视场的双光子荧光成像装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的优势：

(1)本发明实现荧光信号的同步采集时，可以获得厘米级别视野的荧光图像；

(2)本发明是在原有的双光子显微镜的基础上进行修改，装置搭建更简单；

(3)本发明使用计算机可以实现对双光子扫描范围的控制；

(4)本发明可获得一个较大的成像视场，适用于对分辨率的要求不高的成像场景。

附图说明

图1为大视场双光子扫描和成像装置的结构示意图；

图2为实际荧光染料双光子成像图(图中标尺为1mm)。

图中：1-激光器；2-反射镜一；3-反射镜二；4-反射镜三；5-二向色镜；6-X振镜；7-Y振镜；8-扫描透镜；9-样品台；10-反射镜四；11-透镜二；12-滤光片；13-光电倍增管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种大视场双光子扫描和成像装置，包括激光器1、反射镜组、二向色镜5、二维振镜、扫描透镜8、用于放置样品的样品台9、反射镜四10、透镜二11、滤光片12、光电倍增管13、计算机和数据采集卡，激光器1、反射镜组、二向色镜5、二维振镜和扫描透镜8依次放置组成第一光路，扫描透镜8、二维振镜、二向色镜5、反射镜四10、透镜二11、滤光片12和光电倍增管13依次放置组成第二光路，反射镜组包括反射镜一2、反射镜二3和反射镜三4，二维振镜包括独立的X振镜6和Y振镜7，激光器1位于反射镜一2入射光束的光轴上，反射镜二3位于反射镜一2反射光束的光轴上，反射镜三4位于反射镜二3反射光束的光轴上，反射镜三4位于二向色镜5入射光束的光轴上，二向色镜5位于X振镜6入射光束的光轴上，Y振镜7位于X振镜6反射光束的光轴上，反射镜组和二维振镜位于二向色镜5的同侧，扫描透镜8位于Y振镜7反射光束的光轴上，样品台9位于扫描透镜8的焦平面上，反射镜四10和二维振镜分别位于二向色镜5的两侧，反射镜四10位于二向色镜5透射光束的光轴上，透镜二11、滤光片12和光电倍增管13位于反射镜四10反射光束的光轴上，计算机通过数据采集卡分别和二维振镜及光电倍增管13进行电连接，计算机、数据采集卡和二维振镜之间设有USB数据线，计算机、数据采集卡和光电倍增管13之间设有USB数据线。

反射镜二3、反射镜三4、二向色镜5、X振镜6和反射镜四10相平行，反射镜一2和Y振镜7相平行，从激光器1出射的激发光经反射镜组反射，方向发生90°的翻转(具体应用时，该角度可以根据实际情况进行调整)，从二向色镜5出射的激发光经二维振镜反射，发生180°的翻转，入射到扫描透镜8上，之后照射到放置在样品台9上的荧光样品上，荧光样品发出荧光沿激发光的入射方向反方向出射至二向色镜上，此时为了使二向色镜有最佳的分离效果，调整调激发光的出射方向和荧光的透射方向呈180°夹角，最后荧光被光电倍增管捕捉，得到具体的双光子成像图，图2为一个具体的实例的成像图(飞秒激光器的中心波长为690-1040nm，脉宽为100fs，重复频率为80MHz)。

激光器1采用飞秒激光器，二向色镜5为745nm的短波通二向色镜，滤光片12为750nm的短通滤光片，数据采集卡采用NI数据采集卡。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述装置包括激光器(1)、反射镜组、二向色镜(5)、二维振镜、扫描透镜(8)、用于放置样品的样品台(9)、反射镜四(10)和光电倍增管(13)，所述激光器(1)、反射镜组、二向色镜(5)、二维振镜和扫描透镜(8)依次放置组成第一光路，所述扫描透镜(8)、二维振镜、二向色镜(5)、反射镜四(10)和光电倍增管(13)依次放置组成第二光路，所述激光器(1)位于反射镜组入射光束的光轴上，所述反射镜组位于二向色镜(5)入射光束的光轴上，所述二维振镜位于二向色镜(5)反射光束的光轴上，所述反射镜组和二维振镜位于二向色镜(5)的同侧，所述扫描透镜(8)位于二维振镜反射光束的光轴上，所述样品台(9)位于扫描透镜(8)的焦平面上，所述反射镜四(10)和二维振镜分别位于二向色镜(5)的两侧，所述反射镜四(10)位于二向色镜(5)透射光束的光轴上，所述光电倍增管(13)位于反射镜四(10)反射光束的光轴上。

2.根据权利要求1所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述反射镜组包括反射镜一(2)、反射镜二(3)和反射镜三(4)，所述激光器(1)位于反射镜一(2)入射光束的光轴上，所述反射镜二(3)位于反射镜一(2)反射光束的光轴上，所述反射镜三(4)位于反射镜二(3)反射光束的光轴上，所述反射镜三(4)位于二向色镜(5)入射光束的光轴上。

3.根据权利要求2所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述二维振镜包括独立的X振镜(6)和Y振镜(7)，所述二向色镜(5)位于X振镜(6)入射光束的光轴上，所述Y振镜(7)位于X振镜(6)反射光束的光轴上。

4.根据权利要求3所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述反射镜二(3)、反射镜三(4)、二向色镜(5)、X振镜(6)和反射镜四(10)相平行，所述反射镜一(2)和Y振镜(7)相平行。

5.根据权利要求1所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述反射镜四(10)和光电倍增管(13)之间设有滤光片(12)。

6.根据权利要求5所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述反射镜四(10)和滤光片(12)之间设有透镜二(11)。

7.根据权利要求5所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述滤光片(12)为750nm的短通滤光片。

8.根据权利要求1所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述装置还包括计算机和数据采集卡，所述计算机通过数据采集卡分别和二维振镜及光电倍增管(13)进行电连接。

9.根据权利要求1所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述激光器(1)采用飞秒激光器。

10.根据权利要求1所述的一种大视场双光子扫描和成像装置，其特征在于，所述二向色镜(5)为745nm的短波通二向色镜。

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