CN214953161U - 一种x射线近红外二区发光生物成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种X射线近红外二区发光生物成像装置，包括：光源模块和发光成像模块；发光成像模块包括：物镜、第一二向色镜、CCD相机和InGaAs相机；光源模块用于为待成像样品提供激发光，物镜用于收集待成像样品受激发后发出的荧光，第一二向色镜用于将物镜收集到的荧光反射至CCD相机或InGaAs相机的光入口。在本方案中，通过X射线激发光路和成像相机的协同切换，以实现X射线可见‑近红外二区发光成像，进而可为闪烁体材料与X射线发光分析研究提供仪器支撑，有助于实现复杂样品体外诊断和深层活体精准成像分析，推动闪烁体纳米材料研发及其在X射线发光免疫分析、X射线发光成像、X射线治疗和X射线光遗传学研究等领域中的前沿科学研究和实际应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及X射线发光成像技术领域，特别涉及一种X射线近红外二区发光生物成像装置。
背景技术
X射线激发的闪烁体材料发光(X射线发光)是闪烁体材料吸收高能X射线，并将其转换为低能光子(如可见光、近红外光等)的现象。
近年来，基于闪烁体纳米粒子的X射线发光分析技术发展为生物医学研究中的一种光学分析新方法新技术。X射线作为一类高能量的光子，对活体组织具有很强的穿透能力，X射线发光成像技术在血液样品和活体组织等发光成像中可有效消除背景荧光的干扰，具有较高的成像信噪比。基于X射线发光闪烁体纳米粒子的X射线免疫分析、高灵敏发光成像、放射增敏治疗和X射线光动力治疗等技术在肿瘤等疾病的早期诊断和高效治疗研究中显示了诸多应用优势。目前国际同行普遍认为，X射线发光生物分析技术有望解决传统荧光生物分析技术在血液/活体组织中的自发荧光背景高、穿透深度低和信噪比低等关键科学难题，为复杂样品体外诊断与深层活体成像等生物医学研究开辟了一条新道路，并具有巨大的临床转化潜力。
X射线发光技术在核医学成像、辐射监测、临床诊断和疾病治疗等领域中显示了重大的应用价值，并且近年来的研究表明，近红外二区 (1000nm-1700nm)发光和成像可有效减小可见-近红外一区(400-800nm)发光成像中存在的组织背景荧光并提高活体成像深度。而当前商品化的X射线小动物成像仪所配置的CCD相机存在灵敏度低、成像功能单一以及响应波段小 (400-800nm)等问题，只能用于可见-近红外一区发光成像，国内外商品化 X射线近红外二区发光成像仪的空白现状极大地限制了闪烁体纳米材料的体外精准诊断与活体高灵敏高分辨成像等应用创新研究。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种X射线近红外二区发光生物成像装置，能够实现X射线可见-近红外二区发光成像，进而可为闪烁体材料与X射线发光分析研究提供仪器支撑，有助于实现复杂样品体外诊断和深层活体精准成像分析，从而推动闪烁体纳米材料研发及其在X射线发光免疫分析、X射线发光成像、X射线治疗和X射线光遗传学研究等领域中的前沿科学研究和实际应用。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种X射线近红外二区发光生物成像装置，包括：光源模块和发光成像模块；
所述光源模块包括：用于为待成像样品提供X射线光源的X射线管；
优选地，所述光源模块还包括：用于为所述待成像样品提供拓展激发光的拓展光源模块；
优选地，所述拓展光源模块包括：拓展光源、反射镜、扩束器和第二二向色镜；
所述反射镜用于将所述拓展光源发射的光源反射至所述扩束器的光入口，所述第二二向色镜用于将从所述扩束器光出口出来的光源反射至所述待成像样品的表面，并通过待成像样品受所述光源模块激发后发出的荧光。
所述发光成像模块包括：物镜、第一二向色镜、CCD相机和InGaAs相机；
所述光源模块用于为待成像样品提供激发光，所述物镜用于收集待成像样品受激发后发出的荧光，所述第一二向色镜用于将所述物镜收集到的荧光反射至所述CCD相机或所述InGaAs相机的光入口，并通过待成像样品受所述光源模块激发后发出的荧光。
优选地，还包括：用于过滤所述待成像样品受激发后发出的荧光的滤光片组。
优选地，所述滤光片组包括：设置在所述光源模块与所述物镜之间的滤光片组。
优选地，还包括：用于探测所述待成像样品受X射线激发后发出的荧光的X射线探测器。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的X射线近红外二区发光生物成像装置中，通过X射线激发光路和成像相机的协同切换，以便于实现 X射线可见-近红外二区发光成像，进而可为闪烁体材料与X射线发光分析研究提供仪器支撑，有助于实现复杂样品体外诊断和深层活体精准成像分析，从而推动闪烁体纳米材料研发及其在X射线发光免疫分析、X射线发光成像、 X射线治疗和X射线光遗传学研究等领域中的前沿科学研究和实际应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置的设计思想示意图；
图3为本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置的技术路线示意图；
图4为本实用新型实施例提供的X射线光源的探测示意图；
图5本实用新型实施例提供的拓展光源的探测示意图；
图6本实用新型实施例提供的可见-近红外发光成像分时采集光路路线图；
图7本实用新型实施例提供的X射线发光成像模块的设计示意图；
图8本实用新型实施例提供的X射线发光成像模块的技术路线图；
图9为本实用新型另一实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置的结构示意图。
其中，11为X射线管，12-1为拓展光源，12-2为反射镜，12-3为扩束器， 12-4为第二二向色镜；21为物镜，22为第一二向色镜，23为CCD相机，24 为InGaAs相机；30为滤光片组；50为X射线探测器；60为样品台；70为待成像样品；80为光谱仪。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置，包括：光源模块和发光成像模块；
所述光源模块包括：用于为待成像样品70提供X射线光源的X射线管 11；
优选地，光源模块还包括：用于为待成像样品70提供拓展激发光的拓展光源模块；
优选地，如图1所示，拓展光源模块包括：拓展光源12-1、反射镜12-2、扩束器12-3和第二二向色镜12-4；
反射镜12-2用于将拓展光源12-2发射的光源反射至扩束器12-3的光入口，第二二向色镜12-4用于将从扩束器12-3光出口出来的光源反射至待成像样品70的表面，并通过待成像样品70受光源模块激发后发出的荧光。
如图1所示，发光成像模块包括：物镜21、第一二向色镜22、CCD相机 23和InGaAs相机24；
光源模块用于为待成像样品70提供激发光，物镜21用于收集待成像样品70受激发后发出的荧光，第一二向色镜22用于将物镜21收集到的荧光反射至CCD相机23或InGaAs相机24的光入口。
在本方案中，需要说明的是，利用微机系统整合可见-近红外光一区成像 CCD相机23和近红外二区发光成像InGaAs相机24，即为通过微机系统控制 CCD相机23与InGaAs相机24的切换，以便于实现X射线可见-近红外二区发光成像(400-1700nm)。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置中，通过X射线激发光路和成像相机的协同切换，以便于实现X射线可见-近红外二区发光成像，进而可为闪烁体材料与X射线发光分析研究提供仪器支撑，有助于实现复杂样品体外诊断和深层活体精准成像分析，从而推动闪烁体纳米材料研发及其在X射线发光免疫分析、X射线发光成像、X射线治疗和X射线光遗传学研究等领域中的前沿科学研究和实际应用。
在本方案中，为了更好地满足闪烁体材料开发和X射线发光分析等研究目的；相应地，光源模块包括：X射线管11，其中，X射线发光成像模块的技术路线如图8所示；此外，光源模块还包括：拓展光源模块，以便于实现了多功能稳态发光测试和活体成像分析。
在本方案中，为了降低荧光的背景干扰，提高相机的灵敏度，以便于达到高灵敏X射线可见-近红外二区发光成像的效果；相应地，本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置还包括：用于过滤待成像样品 70受激发后发出的荧光的滤光片组30。
进一步地，如图1所示，滤光片组30包括：设置在光源模块与物镜21 之间的滤光片组30。其中，滤光片组30集成有多块窄带滤光片，以便于实现高灵敏多通道发光成像，提升动态高分辨成像能力和细微组织的高分辨成像分析，实现精准定量成像分析。在本方案中，通过滤光片组30的切换选取滤光片，以获取多通道不同X射线发光的成像图，实现高灵敏、高时空分辨率、宽波段响应(400-1700nm)、定量动态X射线发光成像。
再进一步地，为了实现可见-近红外光子的高效探测；相应地，如图1所示，本实用新型实施例提供的X射线近红外二区发光生物成像装置还包括：用于探测待成像样品70受激发后发出的荧光的X射线探测器50。在本方案中，通过X射线探测器50即可实现了X射线摄影，然后再通过X射线摄影和X射线发光成像的有机融合，从而有助于提高研制装置的科学性、高效性和先进性。其中，通过微机系统控制X射线探测器50的多维度移动，以便于实现X射线探测器50的全方位探测。
下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
在本实用新型提供的第一实施例中，本装置可进行闪烁体材料的X射线发光成像。如图4、图7和图9所示，将待成像样品70置于样品台60上，由微机系统控制X射线探测器50进行横向和纵向的移动，使得X射线探测器 50位于待成像样品70上方合适位置；打开X射线管11，由X射线管11发射的X射线穿透样品台60照射待成像样品70，待成像样品70受到X射线激发后发射的荧光被X射线探测器50采集并处理后将数据传输给微机系统进行图像输出。
在本实用新型提供的第二实施例中，本装置可进行闪烁体材料的可见-近红外一区光致发光成像。如图5、图7和图9所示，将待成像样品70置于样品台60上，由微机系统控制X射线探测器50进行横向和纵向的移动，使得 X射线探测器50不在待成像样品70与发光成像模块之间任何位置；由微机系统控制滤光片组30切换选取所需带宽的滤光片；由微机系统控制第一二向色镜22旋转至与竖直方向呈45°并朝向CCD相机23的位置；如图6所示，打开拓展光源12-1，由拓展光源12-1发射的激发光经反射镜12-2反射进入扩束器12-3，通过扩束器12-3拓展的光束射入第二二向色镜12-4后被反射照射待成像样品70，待成像样品70受到拓展光源12-1激发后发射的荧光通过第二二向色镜12-4后经滤光片过滤掉背景干扰光后，被物镜21收集并射入第一二向色镜22，荧光经第一二向色镜22反射入CCD相机23采集并处理后，将数据传输给微机系统进行图像输出。
在本实用新型提供的第三实施例中，本装置可进行闪烁体材料的近红外二区光致发光成像。如图5、图7和图9所示，将待成像样品70置于样品台 60上，由微机系统控制X射线探测器50进行横向和纵向的移动，使得X射线探测器50不在待成像样品70与发光成像模块之间任何位置；由微机系统控制滤光片组30切换选取所需带宽的滤光片；由微机系统控制第一二向色镜 22旋转至与竖直方向呈45°并朝向InGaAs相机24的位置；如图6所示，打开拓展光源12-1，由拓展光源12-1发射的激发光经反射镜12-2反射进入扩束器12-3，通过扩束器12-3拓展的光束射入第二二向色镜12-4后被反射照射待成像样品70，待成像样品70受到拓展光源12-1激发后发射的荧光通过第二二向色镜12-4后经滤光片过滤掉背景干扰光后，被物镜21收集并射入第一二向色镜22，荧光经第一二向色镜22反射入InGaAs相机24采集并处理后，将数据传输给微机系统进行图像输出。
本实用新型构思的关键点：
1、X射线近红外二区发光成像分析系统的构建(如图2和图3所示)；
2、实现高灵敏、宽波段响应(可见-近红外一/二区，400-1700nm)；
3、定量动态X射线发光成像技术。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，包括：光源模块和发光成像模块；
所述发光成像模块包括：物镜(21)、第一二向色镜(22)、CCD相机(23)和InGaAs相机(24)；
所述光源模块用于为待成像样品(70)提供激发光，所述物镜(21)用于收集所述待成像样品(70)受激发后发出的荧光，所述第一二向色镜(22)用于将所述物镜(21)收集到的荧光反射至所述CCD相机(23)或所述InGaAs相机(24)的光入口。
2.根据权利要求1所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，所述光源模块包括：用于为所述待成像样品(70)提供X射线光源的X射线管(11)。
3.根据权利要求2所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，所述光源模块还包括：用于为所述待成像样品(70)提供拓展激发光的拓展光源模块。
4.根据权利要求3所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，所述拓展光源模块包括：拓展光源(12-1)、反射镜(12-2)、扩束器(12-3)和第二二向色镜(12-4)；
所述反射镜(12-2)用于将所述拓展光源(12-1)发射的光源反射至所述扩束器(12-3)的光入口，所述第二二向色镜(12-4)用于将从所述扩束器(12-3)光出口出来的光源反射至所述待成像样品(70)的表面。
5.根据权利要求1所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，还包括：用于过滤所述待成像样品(70)受激发后发出的荧光的滤光片组(30)。
6.根据权利要求5所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，所述滤光片组(30)包括：设置在所述光源模块与所述物镜(21)之间的滤光片组(30)。
7.根据权利要求1所述的X射线近红外二区发光生物成像装置，其特征在于，还包括：用于探测所述待成像样品(70)受X射线激发后发出的荧光的X射线探测器(50)。
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Cited By (3)
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