CN114019760A - 一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统 - Google Patents

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赵东旭
姜洋
王飞
王云鹏
范翊
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Abstract

本发明提供了一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统，包括照明光源组、分光镜、第一相机、第二相机以及对称设置在透明平板上的第一反射镜和第二反射镜；照明光源组包括至少三个照明光源，第一照明光源位于透明平板的下方，第二照明光源和第三照明光源设置在透明平板上方的两侧；第一相机和分光镜均位于透明平板的上方，分光镜与第一相机存在夹角，使成像光束一部分进入第一相机，另一部分进入第二相机；第一反射镜和第二反射镜用于反射来自第二照明光源和第三照明光源的成像光束。本发明能够实现全方位照明立体观测，实现对信号靶点的高精度空间立体定位。

Description

一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统
技术领域
本发明属于医学及生物成像技术领域，具体涉及一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统。
背景技术
活体小动物的光学成像技术在生物发光、药物富集代谢、细胞荧光标记、荧光生物染料等研究方面具有广泛应用潜力。光学成像具有分辨力高、非侵入、实时、快速反馈的特点适合长时间动态观测。
生物体内的发光成像主要使用可见光及近红外波段。荧光蛋白与荧光染料的方法需要特定波长的激发光，所以需要主动照明。而荧光素酶使特定的靶向肿瘤细胞氧化发光，无需激发光。不同的荧光素酶发射特定波长的光谱能量，发射波长大多位于可见光范围(VIS，400nm-700nm)。组织的自发荧光在近红外二区(1000nm-1700nm)波段最小，可以避免杂散光信号干扰，近红外区段的组织透过性更好适用于组织表层亚厘米深度的观察研究。
但现有技术中采用上方照明，只能够通过激发有限的区域深度而获得一个视角的图像，无法获得目标的立体方位。
发明内容
本发明为了解决上述技术缺陷，提出了一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统，该系统对于信号靶点能够实现高精度的空间立体定位，实现全方位照明立体观测。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统，包括：照明光源组、分光镜、第一相机、第二相机以及对称设置在透明平板上的第一反射镜和第二反射镜；
照明光源组包括至少三个照明光源，第一照明光源位于透明平板的下方，第二照明光源和第三照明光源分别对称设置在透明平板上方的两侧；
第一相机和分光镜均位于透明平板的上方，分光镜与第一相机存在夹角，使成像光束一部分进入第一相机，另一部分进入第二相机；
第一反射镜和第二反射镜用于反射来自第二照明光源和第三照明光源的成像光束。
优选地，第一照明光源、第二照明光源和第三照明光源位于圆周上的三等分位置。
优选地，第一相机为近红外相机；第二相机为可见光相机。
优选地，分光镜为分光棱镜或平板分光镜。
优选地，第一反射镜和第二反射镜与透明平板存在倾角，倾角使成像光束的主光线与透明平板平行。
优选地，第一反射镜和第二反射镜均为直角三棱镜或均为倾斜放置的平面镜。
优选地，第一反射镜和第二反射镜的长轴方向与小动物的身长方向平行。
优选地，成像光束经过第一反射镜形成的边缘视场的中心和经过第二反射镜形成的边缘视场的中心均对准小动物身体的中轴线。
优选地，第一反射镜和第二反射镜均镀有反射膜。
优选地，反射膜为介质膜或金属膜。
本发明能够取得以下技术效果：
本发明通过增加侧反射镜结合底部光源，实现全方位照明立体观测，实现对信号靶点的高精度空间立体定位。
附图说明
图1是本发明一个实施例的一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的反射镜位置的示意图；
图3是本发明一个实施例的照明光源组位置的俯视图。
附图标记：
第一照明光源1、第二照明光源2、第三照明光源3、透明平板4、红外相机5、平板分光镜6、可见光相机7、第一反射镜8、第二反射镜9。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统。下面将对本发明提供的一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统，通过具体实施例来进行详细说明。
参见图1所示的小动物活体生物发光多波段立体成像系统的结构示意图，包括照明光源组、分光镜、第一相机、第二相机、透明平板4以及设置在透明平板4上的第一反射镜8和第二反射镜9。
在本发明的一个优选实施例中，照明光源组包括第一照明光源1、第二照明光源2和第三照明光源3，其中第一照明光源1位于透明平板4的正下方，第二照明光源2和第三照明光源3设置在透明平板4的上方的两侧。如图3所示，第一照明光源1、第二照明光源2和第三照明光源3位于一个圆上三等分的位置，使得照射到小动物上的能量整体均匀。
若照明光源组包括的光源数量大于三个，则保证任意一个光源位于透明平板4的下方，其他光源均布于透明平板的四周，使照射到小动物上的能量整体均匀。
继续参照图1，第一相机和分光镜均位于透明平板4的正上方，分光镜与第一相机存在夹角，使成像光束一部分进入第一相机，另一部分进入第二相机。
在本发明的一个优选实施例中，分光镜为平板分光镜6，选取第一相机为近红外相机5，第二相机为可见光相机7，通过平板分光镜6使成像光束中的可见光进入到可见光相机7，近红外波段的光进入到近红外相机5中。
继续参照图1，并结合图2所示的反射镜位置的示意图，第一反射镜8和第二反射镜9均与透明平板4存在倾角，使第一反射镜8和第二反射镜9能够将来自第二照明光源2和第三照明光源3的成像光束反射至平板分光镜6，经平板分光镜6分光后，使得红外相机5和可见光相机7同时获得小动物的左右视角的视图。
在本发明的一个优选实施例中，第一反射镜8和第二反射镜9均采用直角三棱镜，两个直角三棱镜的斜面相对，使成像光束的主光线与透明平板4平行，避免了反射光引起的图像近大远小的视觉误差。
在本发明的另一个实施例中，第一反射镜8和第二反射镜9还可以采用相对倾斜放置的平面镜，两个平面镜的倾角相同。
成像光束的主光线具体指第一相机的成像镜头的入瞳中心分别与第一反射镜8和第二反射镜9位置的连线以及第一反射镜8与第二反射镜9上的反射光线形成的区域。
进一步的，第一反射镜8和第二反射镜9的长轴方向与小动物的身长方向平行放置，同时使成像光束经过第一反射镜8的边缘视场的中心和经过第二反射镜9形成的边缘视场的中心均对准小动物身体的中轴线。
第一方面能够在通过相机拍摄到的图像的中心位置处获得小动物的完整的像；
第二方面，从侧面观察小动物时，能够以视场中心作为参考基准，进一步判断目标发光组织的相对位置；
第三方面，第一反射镜8和第二反射镜9同时起到照明及成像作用，可根据具体实验需求进行拆卸。
此时，可见光相机7和近红外相机5同时获得小动物的俯视及左右视角的三视图，结合位于透明平板4底部的第三照明光源3实现全方位照明立体观测，实现对信号靶点的高精度空间立体定位。
在本发明的一个优选实施例中，第一反射镜7和第二反射镜8均镀有用于提高可见光及近红外波段光的反射率的反射膜，可以为介质膜或金属膜。
综上，通过本发明的小动物活体生物发光多波段立体成像系统对发光部位位于动物体内任意位置，或各组织器官相互遮挡的目标发光组织，不仅能够利用底部的第三照明光源3激发有限区域的深度，还能够同时利用两个反射镜获取位于动物体内侧方的目标生物组织的图像信息，对于信号靶点实现高精度的空间立体定位。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，包括：照明光源组、分光镜、第一相机、第二相机以及对称设置在透明平板上的第一反射镜和第二反射镜；
所述照明光源组包括至少三个照明光源，第一照明光源位于所述透明平板的下方，第二照明光源和第三照明光源分别对称设置在所述透明平板上方的两侧；
所述第一相机和所述分光镜均位于所述透明平板的上方，所述分光镜与所述第一相机存在夹角，使成像光束一部分进入所述第一相机，另一部分进入所述第二相机；
所述第一反射镜和所述第二反射镜用于反射来自所述第二照明光源和所述第三照明光源的成像光束。
2.根据权利要求1所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一照明光源、所述第二照明光源和所述第三照明光源位于圆周上的三等分位置。
3.根据权利要求1所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一相机为近红外相机；所述第二相机为可见光相机。
4.根据权利要求1所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述分光镜为分光棱镜或平板分光镜。
5.根据权利要求1所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜与所述透明平板存在倾角，所述倾角使成像光束的主光线与所述透明平板平行。
6.根据权利要求5所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜均为直角三棱镜或均为倾斜放置的平面镜。
7.根据权利要求5所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的长轴方向与小动物的身长方向平行。
8.根据权利要求1或5所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，成像光束经过所述第一反射镜形成的边缘视场的中心和经过所述第二反射镜形成的边缘视场的中心均对准小动物身体的中轴线。
9.根据权利要求1所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜均镀有反射膜。
10.根据权利要求9所述的小动物活体生物发光多波段立体成像系统，其特征在于，所述反射膜为介质膜或金属膜。
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