CN107966799A - 一种头戴式的微型光片显微镜 - Google Patents
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Abstract
一种头戴式的微型光片显微镜通过探头发射光片对待测物体进行激发，并收集待测物体针对所发射的光片信号产生的荧光信号获得待测物体的荧光成像信息。成像探头可固定在自由行动的动物头部，使用光片对待探测物进行激发，在垂直于光片的方向上收集荧光进行成像。本发明利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的活体成像，获得较高对比度图像，实现了对自由行动动物脑部的实时成像。
Description
技术领域
本发明涉及荧光成像领域，特别涉及一种头戴式的微型光片显微镜。
背景技术
对活体脑组织进行成像是当今脑神经科学中研究动物行为和神经活动的重要手段，目前一些用于自由行动动物的微型荧光显微镜，其体积小重量轻，可固定于动物头部不影响动物自由活动，可对活体进行实时成像。但现有采用点扫描成像方式的微型荧光显微镜降低了成像速度，具有较大的光毒性，不适用于较长时间的活体成像，并且采用宽场探测会降低选层能力，使成像受到背景信号的干扰，从而降低成像对比度和信噪比。
光片显微镜是使用微米级的光薄片激发样品，在垂直光片的方向对样品进行快速荧光信号探测。光片显微镜用于动物脑部成像，其用光平面扫描物体比传统的点扫描获取图像的速度更快，有更好的信噪比和更低的光毒性，具有较好的光学选层能力，可以降低背景信号，获得较高对比度的图像。但目前许多光片显微镜成像装置只适用于麻醉或头部固定的动物，并且有些成像装置比较笨重，不适合安装在动物头部。许多研究表明，动物脑部的许多神经活动在麻醉时都会受到影响，不利于正常状态下对脑部神经活动进行研究，一些成像装置限制了动物的活动范围，无法对动物进行某些实验或测量某些参数。
因此，针对现有技术不足，提供一种头戴式的微型光片显微镜以使其更好地适用于自由行动的动物脑部成像甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种头戴式的微型光片显微镜，该头戴式的微型光片显微镜，具有成像速度快，成像信噪比和对比度高，光毒性低，同时实现对自由行动的动物神经荧光影像的特点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
提供一种头戴式的微型光片显微镜，通过探头发射光片对待测物体进行激发，并收集待测物体针对所发射的光片信号产生的荧光信号获得待测物体的荧光成像信息。
上述探头用于安装于待测物体的头部，激发光通过探头塑形成光片后对待探测物体进行激发，并在垂直于光片的方向上收集荧光信号进行成像，得到待测物体的神经荧光影像。
优选的，探头设置为微型光片显微成像探头，设置有照明光路单元和成像光路单元；
上述照明光路单元设置有准直透镜、反射镜、柱面透镜、棱镜以及照明透镜；
上述成像光路单元设置有物镜、成像透镜、滤光片以及光电探测装置；
上述准直透镜，用于对激光进行准直；
上述反射镜，用于对激光进行反射，使激光传播到柱面透镜；
上述柱面透镜，用于将准直后的激光聚焦成片状，形成光片；
上述棱镜，用于改变光片方向，使光片传播到探测平面以激发待测物体；
上述照明透镜，用于对光片进行成像，使光片激发待探测物体；
上述物镜，用于收集待测物体被激发后发射的荧光进行成像；
上述成像透镜，用于对色差进行校正并进一步放大物镜所成的像；
上述滤光片，用于滤除干扰光，通过收集的荧光；
上述光电探测装置，用于将收集到的光信号转换为电信号。
进一步的，上述准直透镜，采用平凸透镜，准直透镜焦点位于光纤发射端口；
上述反射镜，具体为等边直角三角形反射镜，其反射面与入射光中心轴线成45°；
上述柱面透镜，为小焦点平凸柱面透镜，将准直后的入射光聚焦成片状，形成光片；
上述棱镜，采用形状为等边直角三角形的棱镜，并且直角边长与照明透镜匹配，反射面为三角形斜边所在的面；
上述照明透镜，采用自聚焦透镜，上下两端各放置有一棱镜，上端棱镜反射面朝向与反射镜的反射面朝向相对，下端棱镜反射面朝向与反射镜的反射面朝向一致；
上述物镜，采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜，垂直于光片平面放置；
上述照明透镜与物镜中心轴线相互平行；
上述成像透镜，采用消色差透镜，光瞳与物镜对齐；
上述光电探测装置，采用COMS成像装置。
进一步的，微型光片显微镜还设置有激光发射模块、信号处理模块、图像显示模块和主控模块，主控模块分别与上述激光发射模块、上述图像显示模块、上述信号处理模块电连接，上述激光发射模块与上述微型光片显微探头通过光纤连接，上述微型光片显微探头与上述信号处理模块连接，上述信号处理模块与上述图像显示模块连接；
上述激光发射模块，用于产生并输出激光；
上述微型光片显微成像探头，用于激发、收集并转换荧光信号；
上述主控模块，用于控制激光发射模块、信号处理模块和图像显示模块，并对收集的信号及显示结果进行处理分析；
主控模块控制激光发射模块发射激光，所发射的激光通过光纤传输至上述微型光片显微探头，激光通过照明光路单元以光片发送至待测物体进行激发，待测物体针对激发产生的荧光信号经成像光路单元收集成像，并输送至信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号分别输送至图像显示模块和主控模块。
进一步的，上述激光发射模块设置有用于产生激光的激光器。
进一步的，上述主控模块设置为计算机。
进一步的，上述图像显示模块设置为显示屏。
进一步的，微型光片显微镜使用钙指示剂或病毒等对样品转染，进行荧光钙成像，用于观察神经活动。
优选的，上述照明透镜采用的自聚焦透镜长度为0.24节距，直径为1mm，数值孔径为0.2；
上述物镜采用的组合自聚焦透镜，组合后长度为6.2mm，直径为1.4mm，数值孔径为0.8。
本发明的一种头戴式的微型光片显微镜在现有荧光成像显微镜的基础上，利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的活体成像，获得较高对比度图像，实现了对自由行动动物脑部的实时成像。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明头戴式的微型光片显微镜的微型光片显微成像探头的结构示意图；
图2是本发明头戴式的微型光片显微镜的结构示意图。
在图1、图2中包括：
光纤1，准直透镜2，反射镜3，柱面透镜4，棱镜5，照明透镜6，物镜7，成像透镜8，滤光片9，光电探测装置10；在光路中，虚线代表入射光线，实线代表发射光线。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1。
本发明提供的一种头戴式的微型光片显微镜，通过探头发射光片对待测物体进行激发，并收集待测物体针对所发射的光片信号产生的荧光信号获得待测物体的荧光成像信息，探头设置为微型光片显微成像探头，结构示意图如图1所示。
微型光片显微成像探头用于安装于待测物体的头部，激光通过光纤1传送到微型光片显微成像探头，塑形成光片后对待探测物体进行激发，并在垂直于光片的方向上收集荧光信号进行成像，得到待测物体的神经荧光影像。
探头内部设置有照明光路单元和成像光路单元；照明光路单元设置有准直透镜2、反射镜3、柱面透镜4、棱镜5以及照明透镜6；成像光路单元设置有物镜7、成像透镜8、滤光片9以及光电探测装置10；
其中，准直透镜2，用于对激光进行准直；反射镜3，用于对激光进行反射，使激光传播到柱面透镜4；柱面透镜4，用于将准直后的激光聚焦成片状，形成光片；棱镜5，用于改变光片方向，使光片传播到探测平面以激发待测物体；照明透镜6，用于对光片进行成像，使光片激发待探测物体；物镜7，用于收集待测物体被激发后发射的荧光进行成像；成像透镜8，用于对色差进行校正并进一步放大物镜7所成的像；滤光片9，用于滤除干扰光，通过收集的荧光；光电探测装置10，用于将收集到的光信号转换为电信号。
具体的，准直透镜2，采用平凸透镜，准直透镜2焦点位于光纤1发射端口；反射镜3，具体为等边直角三角形反射镜3，其反射面与入射光中心轴线成45°；柱面透镜4，为小焦点平凸柱面透镜4，将准直后的入射光聚焦成片状，形成光片；棱镜5，采用形状为等边直角三角形的棱镜5，并且直角边长与照明透镜6匹配，反射面为三角形斜边所在的面；照明透镜6，采用自聚焦透镜，上下两端各放置有一棱镜5，上端棱镜5反射面朝向与反射镜3的反射面朝向相对，下端棱镜5反射面朝向与反射镜3的反射面朝向一致；物镜7，采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜，垂直于光片平面放置，照明透镜6与物镜7中心轴线相互平行；成像透镜8，采用消色差透镜，光瞳与物镜7对齐；光电探测装置10，采用COMS成像装置。
工作时，激光通过光纤1传送到微型光片显微成像探头，经准直透镜2准直后被反射镜3反射，通过柱面透镜4形成光片，光片经棱镜5反射通过照明透镜6，再次经棱镜5反射照到待探测物体，光片激发待测物体发出荧光；在垂直于光片的方向上设置物镜7，收集探测物体发射的荧光并成一个放大的像，在与自聚焦物镜7光瞳相一致的方向上依次设置成像透镜8，滤光片9和光电探测装置10，其中成像透镜8对所成的像进行色差校正并对像进行进一步的放大，再经滤光片9将干扰光滤除后在光电探测装置10中成像。
本发明提供的一种头戴式的微型光片显微镜，利用微型光片显微成像探头发射光片对待测物体进行激发，光片扫描具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的活体成像，获得较高对比度图像，实现了对自由行动动物脑部的实时成像。
需要说明的是，本发明的头戴式微型光片显微镜，不仅适用于自由行动的待测物脑部，也适用于麻醉后或者静止的对象脑部检测。
实施例2。
本实施例提供的一种微型光片显微镜，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：还设置有激光发射模块、信号处理模块、图像显示模块和主控模块，如图2所示。
所述主控模块分别与所述激光发射模块、所述图像显示模块、所述信号处理模块电连接，所述激光发射模块与所述微型光片显微探头通过光纤1连接，所述微型光片显微探头与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块与所述图像显示模块连接；
所述激光发射模块，用于产生并输出激光；
所述微型光片显微成像探头，用于激发、收集并转换荧光信号；
所述主控模块，用于控制激光发射模块、信号处理模块和图像显示模块，并对收集的信号及显示结果进行处理分析；
工作时，主控模块控制激光发射模块发射激光，所发射的激光通过光纤1传输至所述微型光片显微探头，激光通过照明光路单元以光片发送至待测物体进行激发，待测物体针对激发产生的荧光信号经成像光路单元收集成像，并输送至信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号分别输送至图像显示模块和主控模块。
该种头戴式的微型光片显微镜在现有荧光成像显微镜的基础上，利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的活体成像，获得较高对比度图像，实现了对自由行动动物脑部的实时成像。
实施例3。
本实施例提供的一种微型光片显微镜，其它特征与实施例2相同，不同之处在于：激光发射模块设置有用于产生激光的激光器，主控模块设置为计算机，图像显示模块设置为显示屏。
本实施例提供的微型光片显微镜使用荧光钙成像技术，利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的观察活体神经活动。
实施例4。
本实施例提供的一种微型光片显微镜，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：
照明透镜6采用的自聚焦透镜长度为0.24节距，直径为1mm，数值孔径为0.2；
物镜7采用的组合自聚焦透镜，组合后长度为6.2mm，直径为1.4mm，数值孔径为0.8。
本实施例提供的微型光片显微镜使用荧光钙成像技术，利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的观察活体神经活动。
实施例5。
本实施例提供的一种微型光片显微镜，其它特征与实施例4相同，不同之处在于：使用钙指示剂或病毒等对样品转染，进行荧光钙成像，用于观察神经活动。
本实施例提供的微型光片显微镜使用荧光钙成像技术，利用光片扫描取代了成像速度慢的点扫描成像方式，在对待探测物进行激发时，光片具有良好的光学选层能力和较大的激发面积，提高了成像速度和信噪比，降低了光毒性，适用于长时间的观察活体神经活动。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种头戴式的微型光片显微镜，其特征在于：通过探头发射光片对待测物体进行激发，并收集待测物体针对所发射的光片信号产生的荧光信号获得待测物体的荧光成像信息。
2.根据权利要求1所述的微型光片显微镜，其特征在于：所述探头安装于待测物体的头部，激发光通过探头塑形成光片后对待探测物体进行激发，并在垂直于光片的方向上收集荧光信号进行成像，得到待测物体的神经荧光影像。
3.根据权利要求1或2所述的微型光片显微镜，其特征在于：探头设置为微型光片显微成像探头；
所述微型光片显微成像探头设置有照明光路单元和成像光路单元；
所述照明光路单元设置有准直透镜、反射镜、柱面透镜、棱镜以及照明透镜；
所述成像光路单元设置有物镜、成像透镜、滤光片以及光电探测装置；
所述准直透镜，用于对激光进行准直；
所述反射镜，用于对激光进行反射，使激光传播到柱面透镜；
所述柱面透镜，用于将准直后的激光聚焦成片状，形成光片；
所述棱镜，用于改变光片方向，使光片传播到探测平面以激发待测物体；
所述照明透镜，用于对光片进行成像，使光片激发待探测物体；
所述物镜，用于收集待测物体被激发后发射的荧光进行成像；
所述成像透镜，用于对色差进行校正并进一步放大物镜所成的像；
所述滤光片，用于滤除干扰光，通过收集的荧光；
所述光电探测装置，用于将收集到的光信号转换为电信号。
4.根据权利要求3所述的微型光片显微镜，其特征在于：
所述准直透镜，采用平凸透镜，准直透镜焦点位于光纤发射端口；
所述反射镜，具体为等边直角三角形反射镜，其反射面与入射光中心轴线成45°；
所述柱面透镜，为小焦点平凸柱面透镜，将准直后的入射光聚焦成片状，形成光片；
所述棱镜，采用形状为等边直角三角形的棱镜，并且直角边长与照明透镜匹配，反射面为三角形斜边所在的面；
所述照明透镜，采用自聚焦透镜，上下两端各放置有一棱镜，上端棱镜反射面朝向与反射镜的反射面朝向相对，下端棱镜反射面朝向与反射镜的反射面朝向一致；
所述物镜，采用组合有颜色校正镜片的自聚焦透镜，垂直于光片平面放置；
所述照明透镜与物镜中心轴线相互平行；
所述成像透镜，采用消色差透镜，光瞳与物镜对齐；
所述光电探测装置，采用COMS成像装置。
5.根据权利要求4所述的微型光片显微镜，其特征在于：还设置有激光发射模块、信号处理模块、图像显示模块和主控模块，
所述主控模块分别与所述激光发射模块、所述图像显示模块、所述信号处理模块电连接，所述激光发射模块与所述微型光片显微探头通过光纤连接，所述微型光片显微探头与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块与所述图像显示模块连接；
所述激光发射模块，用于产生并输出激光；
所述微型光片显微成像探头，用于激发、收集并转换荧光信号；
所述主控模块，用于控制激光发射模块、信号处理模块和图像显示模块，并对收集的信号及显示结果进行处理分析；
主控模块控制激光发射模块发射激光，所发射的激光通过光纤传输至所述微型光片显微探头，激光通过照明光路单元以光片发送至待测物体进行激发，待测物体针对激发产生的荧光信号经成像光路单元收集成像，并输送至信号处理模块，信号处理模块将处理后的信号分别输送至图像显示模块和主控模块。
6.根据权利要求5所述的微型光片显微镜，其特征在于：所述激光发射模块设置有用于产生激光的激光器。
7.根据权利要求6所述的微型光片显微镜，其特征在于：所述主控模块设置为计算机。
8.根据权利要求7所述的微型光片显微镜，其特征在于：所述图像显示模块设置为显示屏。
9.根据权利要求8所述的微型光片显微镜，其特征在于：使用钙指示剂或病毒等对样品转染，进行荧光钙成像，用于观察神经活动。
10.根据权利要求4所述的微型光片显微镜，其特征在于：所述照明透镜采用的自聚焦透镜长度为0.24节距，直径为1mm，数值孔径为0.2；
所述物镜采用的组合自聚焦透镜，组合后长度为6.2mm，直径为1.4mm，数值孔径为0.8。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180427 |
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