CN107436299B - 一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置 - Google Patents

一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置，包括S1：获取当前样品的荧光成像亮度值和激发光强度，根据预设的亮度基准值，计算出亮度差值；S2：分次调节激发光强度，使当前样品的荧光成像亮度值向亮度基准值调整；S3：拟合出荧光成像亮度值和激发光强度关系公式：IF∞Fm；S4：根据荧光成像亮度值和激发光强度之间关系公式得到样品荧光成像亮度基准值时的激发光强度，并调节至此激发光强度，本发明通过预设的亮度基准值，自动计算荧光成像光强和激发光强度之间关系公式，并自动调节光源使荧光强度至亮度基准值，简化了荧光光强与激发光强度之间关系的分析，减少了人工操作，提高了采集效率，保证荧光成像的图像质量。

Description

一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置，属于生物荧光成像领域。
背景技术
生物光学成像(Optical Imaging)是指利用光学的探测手段结合光学探测分子对细胞或者组织甚至生物体进行成像，来获得其中的生物学信息的方法。如果把生物光学成像限定在可见光和近红外光范围，依据探测方式的不同生物光学成像可分为荧光成像、生物发光成像、光声成像、光学断层层析成像等。
生物光学成像由于其检测仪器发展成熟、灵敏度高、对比度高、分辨率高、成像直观、成像速度快和无损探测等优点被广泛应用。其在探寻疾病的发病机理、临床表现、基因病变，了解相应的生理学和病理学信息，疾病诊断和新的医疗手段的开发等方面具有重要的实践意义和应用前景。
在生物荧光成像领域，有时需要分析生物样品照射的激发光强度与激发的荧光强度之间的关系，目前采用人工调节和计算的方法既费时，又很难确保精度，有时需要调节激光激发光强度使得生物样品能够得到清晰的荧光图像，防止荧光图像过暗或者过亮导致的图像不清晰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种能自动调节的生物荧光成像亮度自动分析调节的方法与装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，包括以下步骤
S1：获取当前样品的荧光成像亮度值和激发光强度，根据所述荧光成像亮度值以及预设的亮度基准值，计算出亮度差值；
S2：根据所述亮度差值，分次调节激发光强度，使当前样品的荧光成像亮度值向亮度基准值调整，并记录每次的激发光强度和对应的荧光成像亮度值；
S3：根据记录的激发光强度和荧光成像亮度值，拟合出荧光成像亮度值和激发光强度之间关系公式：IF∝Fm(F为激发光强度，IF为荧光成像亮度值)，并根据该公式得出m的值；
S4：根据上述公式计算出样品荧光成像为亮度基准值时对应的激发光强度，将当前的激发光强度调节到亮度基准值对应的激发光强度。
优选地，“分次调节激发光强度”具体为：通过多次旋转连续可变金属膜滤光片到不同角度来调节激发光强度。
优选地，所述连续可变金属膜滤光片通过步进电机控制旋转不同角度，旋转时以步进电机的步数连续旋转连续可变金属膜滤光片，由于带动连续可变金属膜滤光片旋转不同角度对所述光源产生不同的衰减等级，对步进电机转的不同步数和与之对应的激发光强度进行标定记录成光通量级别表。
优选地，在标定记录成光通量级别表过程中，通过公式如下：
激发光强度F＝10-OD*I(OD为滤光片光学密度，I为光源强度)，制定出每步步进电机的步数对应激发光强度的光通量级别表，可通过此时的激发光强度查找到相应的步进电机步数，也可通过当前步进电机步数查找光通量级别表获得激发光强度的值。
一种采用以上所述方法的生物荧光成像亮度自动分析调节装置，包括通过驱转装置驱动转动的连续可变金属膜滤光片，所述连续可变金属膜滤光片的两侧分别对应设置有样品和光源，在样品后侧还设置有采集相机，所述采集相机与控制器连接，所述控制器还连接显示装置和所述驱转装置。
优选地，所述驱转装置为步进电机，所述步进电机通过转轴带动连续可变金属膜滤光片转动。
优选地，所述控制器可以为计算机、ARM、FPGA或DSP嵌入式平台。
本发明的有益效果是：本发明通过预设的亮度基准值，自动计算荧光成像亮度值和激发光强度之间关系公式，并自动调节光源使荧光成像亮度值至亮度基准值，简化了荧光成像亮度值与激发光强度之间关系的分析，减少了人工操作，大大提高了采集效率，保证了荧光成像的图像质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法的流程图；
图2是本发明所述生物荧光成像亮度自动分析调节装置一个实施例的结构图。
图中标记：1-采集相机，2-显示装置，3-样品，4-连续可变金属膜滤光片，5-转轴，6-驱转装置，7-光源，8-控制器，9-激发光，10-荧光。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，包括以下步骤
S1：获取样品3当前的荧光成像亮度值和激发光强度，根据所述荧光成像亮度值以及预设的亮度基准值，计算出亮度差值，预设的亮度基准值为使样本荧光图像清晰时的图像所有像素的均值，此基准值在本领域技术人员常规有限次计算下可以得到。
S2：根据所述亮度差值，分次调节激发光强度，使样品3当前的荧光成像亮度值向亮度基准值调整，并记录每次的激发光强度和对应的荧光成像亮度值；
S3：根据记录的激发光强度和荧光成像亮度值，拟合出荧光成像亮度值和激发光强度之间关系公式，根据功率依赖(power dependence)公式为：IF∝Fm(F为激发光强度，IF为荧光成像亮度值)，并根据该公式得出m的值；
S4：根据上述公式计算出标准样品3的亮度基准值时对应的激发光强度，将当前的激发光强度调节到亮度基准值对应的激发光强度，激发光强度是根据光源7透过滤光片后的光强度，在实际使用中，光源7强度是可调的，在滤光片的光学密度固定的情况下，可通过多种手段来调节激发光强度，本实施例中采取旋转滤光片的角度来调节激发光强度的方式，在调节到亮度基准值对应的激发光强度后，此时是样品3的图像最清晰的时候，图像质量高，实验数据更加精准。
本发明通过预设的亮度基准值，自动计算荧光成像光强和激发光强度之间关系公式，并自动调节光源7使荧光强度至亮度基准值，简化了荧光光强与激发光强度之间关系的分析，减少了人工操作，大大提高了采集效率，保证了荧光成像的图像质量。
实施例2
在实施例所述生物荧光成像亮度自动分析调节的方法的基础上，一个优选的实施方式中，“分次调节激发光强度”具体为：通过多次旋转连续可变金属膜滤光片4到不同角度来调节激发光强度，本发明中对于激发光强度的调节是基于连续可变金属膜滤光片4的基础上，因为该滤光片的变化是规律的，可以根据规律来计算激发光强度。
在优选的实施方式中，所述连续可变金属膜滤光片4通过步进电机控制旋转不同角度，旋转时以步进电机的步数连续旋转连续可变金属膜滤光片4，由于带动连续可变金属膜滤光片4旋转不同角度对所述激光光源7产生不同的衰减等级，不同的衰减等级产生不同的激发光强度照射到样品3上，对步进电机转的不同步数和与之对应的激发光强度进行标定记录成光通量级别表；
在优选的实施方式中，在调节激发光强度，标定记录成光通量级别表的过程中，通过公式如下：
激发光强度F＝10-OD*I(OD为滤光片光学密度，I为光源7强度)，制定出每步步进电机的步数对应激发光强度的光通量级别表，通过此时的激发光强度查找到相应的步进电机步数，在通过当前步进电机步数查找光通量级别表获得激发光强度的值。
下面根据上述方法，以选用光密度范围为0-2.0、圆形270°的金属全镀膜的反射式连续可变中性密度滤光片为例：镀膜范围90°～360°，滤光片光学密度从镀膜开始处线性增长，入射光透射率和滤光片光学密度的关系为T＝10-OD(T为入射光透射率，OD为滤光片光学密度)，设光入射光强度为I，步进电机步数为N，激发光强度F＝10-2*((360*n/N-90)/270)*I，计算出光通量级别表如表1如下：
步进电机转动步数 激发光强度
1 I
2 I
… I
n＜(90*N)/360 I
n＞＝(90*N)/360 10<sup>-2*((360*n/N-90)/270)</sup>*I
… …
N I/100
表1
根据该光通量级别表来激发光强度和步进电机转动步数的关系，根据亮度基准值代入公式IF∝Fm，因为m的值已经得到，可根据公式得到亮度基准值对应的激发光强度F，通过之前预存的激发光强度与步进电机步数表格，查找到相应的步进电机步数，例如n＝2，则该时，在光通量级别表中，激发光强度的值就等于I。
实施例3
本实施例提供如图2中所示的一种以上所述方法的生物荧光成像亮度自动分析调节装置，包括通过驱转装置6驱动转动的连续可变金属膜滤光片4，所述连续可变金属膜滤光片4的两侧分别对应设置有样品3和光源7，在样品3后侧还设置有采集相机1，所述采集相机1与控制器8连接，所述控制器8还连接显示装置2和所述驱转装置6。
在优选的实施方式中，所述驱转装置6为步进电机，步进电机通过转轴5带动连续可变金属膜滤光片4旋转，带动连续可变金属膜滤光片4旋转不同角度对所述激光光源7产生不同的衰减等级，荧光成像为激发光9激发样品3发出荧光10，采集相机1采集样品3的荧光图像，并分析荧光成像强度，所述采集相机1在具体实施时常采用适用于荧光成像领域的工业相机，结合预设的荧光成像强度基准值，通过控制器8计算所述荧光成像亮度值以及预设的亮度基准值的亮度差值，并以步进电机的一个步进单位为步长连续旋转连续可变金属膜滤光片4，分别记录每次旋转对应的激发光强度和对应的荧光成像亮度值，并由这些数据拟合荧光成像亮度值和激光光源7强度之间关系公式，根据上述公式计算出样品3发出基准亮度值时对应的样品3激发光强度，并将光源7的激发光强度调节至样品3激发光强度，从而得到清晰的荧光图像。并将拟合荧光成像亮度值和激光光源7强度之间关系公式的参数通过显示装置2显示出来，方便生物荧光成像特性分析，所述显示装置2可采用LCD、LED或其他液晶显示屏。
在优选的实施方式中，所述控制器8可以为计算机或ARM、FPGA、DSP等嵌入式平台，但不限定于此，还可根据需要采用其他控制器8。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，其特征在于，包括以下步骤
S1：获取当前样品的荧光成像亮度值和激发光强度，根据所述荧光成像亮度值以及预设的亮度基准值，计算出亮度差值；
S2：根据所述亮度差值，分次调节激发光强度，使当前样品的荧光成像亮度值向亮度基准值调整，并记录每次的激发光强度和对应的荧光成像亮度值；
S3:根据记录的激发光强度和荧光成像亮度值，拟合出荧光成像亮度值和激发光强度之间关系公式：IF∝Fm,其中，F为激发光强度，IF 为荧光成像亮度值，并根据该公式得出m的值；
S4：根据上述公式计算出样品荧光成像为亮度基准值时对应的激发光强度，将当前的激发光强度调节到亮度基准值对应的激发光强度，所述激发光强度是根据光源透过滤光片后的光强度。
2.如权利要求1所述的生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，其特征在于，所述分次调节激发光强度具体为：通过多次旋转连续可变金属膜滤光片到不同角度来调节激发光强度。
3.如权利要求2所述的生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，其特征在于，所述连续可变金属膜滤光片通过步进电机控制旋转不同角度，旋转时以步进电机的步数连续旋转连续可变金属膜滤光片，由于带动连续可变金属膜滤光片旋转不同角度对所述光源产生不同的衰减等级，对步进电机转的不同步数和与之对应的激发光强度进行标定记录成光通量级别表。
4.如权利要求3所述的生物荧光成像亮度自动分析调节的方法，其特征在于，在标定记录成光通量级别表过程中，通过公式如下：
激发光强度F=10-OD *I，其中OD为滤光片光学密度，I为光源强度，制定出每步步进电机的步数对应激发光强度的光通量级别表，可通过此时的激发光强度查找到相应的步进电机步数，也可通过当前步进电机步数查找光通量级别表获得激发光强度的值。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述方法的生物荧光成像亮度自动分析调节装置，其特征在于，包括通过驱转装置驱动转动的连续可变金属膜滤光片，所述连续可变金属膜滤光片的两侧分别对应设置有样品和光源，在样品后侧还设置有采集相机，所述采集相机与控制器连接，所述控制器还连接显示装置和所述驱转装置。
6.如权利要求5所述的生物荧光成像亮度自动分析调节装置，其特征在于，所述驱转装置为步进电机，所述步进电机通过转轴带动连续可变金属膜滤光片转动。
7.如权利要求6所述的生物荧光成像亮度自动分析调节装置，其特征在于，所述控制器可以为计算机、ARM、FPGA或DSP嵌入式平台。
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