CN205280574U - 多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，本实用新型通过计算机控制激光扫描装置逐点扫描或三维精密电动平移台逐点扫描，激光脉冲能量在样品中沉积，样品吸收激光脉冲能量后热膨胀产生超声波信号，超声波信号由经超声换能器转化为电信号并由信号放大器放大，数据采集***采集记录样品在每个扫描点发出的超声信号。与此同时，光谱仪中的CCD相机同步采集每个扫描点样品背向荧光的光谱信息，数据采集***记录光谱仪在每个扫描点的光谱信息，完成样品平面（<i>xy</i>平面）上一个待测区域的数据采集后，计算机程序将生成样品的光声显微图像、荧光显微图像、及荧光显微光谱图像。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，属于显微成像技术领域。
背景技术
显微成像技术常应用于观测肉眼所无法观察的样品，应用领域包括生物医学、化学、物理、冶金、测量等领域，在很多领域的发展中拥有着独一无二的地位。在显微镜技术不断发展完善过程中，从最初的场式显微镜，到之后的共焦显微镜，其在放大倍数、抗噪音等方面都有了重大突破。但是，无论是传统的场式显微镜，还是共焦显微镜，均是利用样品散射光的光强对样品进行成像，传统显微成像只能得到样品的结构图像。即使荧光成像也只是得到样品荧光光强的显微图像，不能得到样品的光谱特征信息；不能得到样品对光的吸收特性信息。光声成像技术是利用光在生物组织、吸收介质中的沉积产生超声波信号的光声效应所发展起来的一种成像技术，该成像技术能够达到光学分辨，分辨率远高于超声波成像技术。由于光声效应与样品的吸收特性密切相关，可以得到样品对光的吸收的特征信息，在功能成像技术中有着潜在的应用价值。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，能够同时实现对样品的光声显微成像、荧光显微成像和荧光显微光谱成像。
按照本实用新型提供的技术方案，所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：包括能够在x、y和z三个方向移动的三维电动精密平移载物台、激光扫描装置、脉冲激光光源、光谱仪、超声信号采集***和光谱信号采集***；在所述三维电动精密平移载物台上设置用于放置样品的水盒，在水盒底部设有超声信号窗口，在超声信号窗口底部和侧部分别设置第一超声换能器和第二超声换能器，第一超声换能器和第二超声换能器分别通过信号切换开关连接信号放大器，信号放大器连接超声信号数据采集***；
在所述三维电动精密平移载物台的上方设置能够使激光在x、y方向移动的激光扫描装置，激光扫描装置与三维电动精密平移载物台之间设置物镜；在所述激光扫描装置的一侧依次设置热镜、分束镜和脉冲激光光源；所述光谱信号数据采集***连接光谱仪的CCD相机。
进一步的，所述超声信号窗口的大小大于样品的大小。
进一步的，在所述超声信号窗口覆盖能够透过超声波的薄膜。
进一步的，所述超声信号数据采集***和光谱信号数据采集***分别连接光电探测器的电信号输出端。
进一步的，所述三维电动精密平移载物台、激光扫描装置、脉冲激光光源、超声信号数据采集***和光谱信号数据采集***均与计算机连接。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型在计算机程序控制下，三维电动精密平移台或激光扫描装置运动能使激光可以聚焦在xy平面内确定位置点后，计算机程序控制脉冲激光光源使其发出激光脉冲，光电探测器将测到的激光脉冲信号转化为电脉冲为两套数据采集***提供触发信号，两套数据采集***分别采集、记录光谱仪的光谱信号和超声换能器所接收到的超声信号。在完成一个预设区域的逐点扫描后，计算机程序处理所采集的数据得到样品的光声显微图像、荧光显微图像、荧光显微光谱图像。本实用新型通过信号切换开关可以获得前向或背向光声信号。通过计算机程序选择采用激光扫描装置扫描模式或三维精密电动平移载物台扫描模式（样品扫描模式），获得满足实际需要的扫描方式。
附图说明
图1为本实用新型所述成像分析装置的示意图。
图2为本实用新型所述分析装置的信号流程图。
图3为所述水盒的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。
如图1～图3所示：所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置包括计算机1、三维电动精密平移载物台2、激光扫描装置3、脉冲激光光源4、分束镜5、光电探测器6、超声信号数据采集***7、信号放大器8、热镜9、光谱信号数据采集***10、光谱仪11、物镜12、水盒13、第一超声换能器14、第二超声换能器15、信号切换开关16、超声信号窗口17、薄膜18等。
如图1所示，本实用新型所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置包括能够在x、y和z三个方向移动的三维电动精密平移载物台2，在三维电动精密平移载物台2上设置用于放置样品的水盒13；如图3所示，在所述水盒13底部设有超声信号窗口17，超声信号窗口17的大小一般大于样品的大小，在超声信号窗口17覆盖能够透过超声波的薄膜18；在所述超声信号窗口17底部和侧部分别设置能够调整方位的第一超声换能器14和第二超声换能器15，所述第一超声换能器14和第二超声换能器15分别通过信号切换开关16连接信号放大器8，信号放大器8连接超声信号数据采集***7，超声信号数据采集***7的信号输出端连接计算机1。
在所述三维电动精密平移载物台2的上方设置能够使激光在x、y方向扫描的激光扫描装置3，激光扫描装置3与三维电动精密平移载物台2之间设置物镜12；在所述激光扫描装置3的一侧依次设置热镜9、分束镜5和脉冲激光光源4，脉冲激光光源4发出的脉冲激光经分束镜5分为两束，一束被光电探测器6接收，一束经热镜9、激光扫描装置3和物镜12到达三维电动精密平移载物台2上的水盒13中的样品。所述光电探测器6的电信号输出端分别连接超声信号数据采集***7和光谱信号数据采集***10。所述光谱信号数据采集***10连接光谱仪11的CCD相机，光谱仪11采集样品每个扫描点背向荧光的光谱信息。
上述的三维电动精密平移载物台2、激光扫描装置3、脉冲激光光源4、超声信号数据采集***7和光谱信号数据采集***10均与计算机1连接，由计算机1控制各自的工作状态。
针对传统显微***和超声成像技术的不足，为了获得样品更多的特征信息及更高的空间分辨率，本实用新型通过同时记录激光脉冲能量在样品中沉积所产生的超声信号及激光在样品中激发的荧光光谱信号，同时实现对样品的光声显微成像、荧光显微成像、荧光显微光谱成像。本实用新型在计算机程序控制下，三维电动精密平移载物台或激光扫描装置运动能使激光可以聚焦在xy平面内确定位置点后，计算机程序控制脉冲激光光源使其发出激光脉冲，光电探测器将测到的激光脉冲信号转化为电脉冲为两套数据采集***提供触发信号，两套数据采集***分别采集、记录光谱仪的光谱信号和超声换能器所接收到的超声信号。在完成一个预设区域的逐点扫描后，计算机程序处理所采集的数据得到样品的光声显微图像、荧光显微图像、荧光显微光谱图像。
本实用新型所述多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析方法，可以实现三种功能，具有两种扫描方式，具体采用以下步骤，如图2所示：
（1）根据实际需要选取合适扫描方式：在计算机1控制程序中选择激光扫描装置3进行逐点光扫描或者选择三维电动精密平移载物台2移动进行逐点样品扫描；
选择合适的超声波信号采集的方向：调节第一超声换能器14和第二超声换能器15在空间的位置至合适的方向；
选定超声信号采集的方向后，将信号切换开关16切换到相应的超声换能器方向（第一超声换能器14方向或者第二超声换能器15方向）；调节样品位置使激光聚焦在样品的待测区域中，再一次精确调节相应超声换能器的位置使激光焦点在超声换能器探测的声场中央；
（2）计算机1程序控制激光扫描装置3或三维电动精密平移载物台2运动到预定位置；计算机1发出触发信号触发脉冲激光光源4发出激光脉冲，光电探测器6将接收到的激光脉冲信号转化为电脉冲信号触发超声信号数据采集***7和光谱信号数据采集***10；脉冲激光光源4发出的激光脉冲能量在样品中沉积，样品吸收激光脉冲能量后热膨胀产生超声信号，超声信号经超声换能器转换为电信号并由信号放大器放大，由超声信号数据采集***7采集记录样品每个扫描点发出的超声信号；与此同时，光谱仪11中的CCD相机同步采集样品每个扫描点背向荧光的光谱信号，光谱信号数据采集***10采集记录光谱仪11在样品每个扫描点的荧光光谱信息；
（3）在计算机1程序控制下，激光扫描装置3或三维电动精密平移载物台2进行逐点扫描，在各个扫描点重复步骤（2）的数据采集过程，完成待测区域内所有点的数据采集工作；
（4）超声信号数据采集***7和光谱信号超声采集***10将所有采集的数据传给计算机1，计算机1程序处理所有数据给出样品的光声显微、荧光显微及荧光光谱的分析图像。
本实用新型具有以下优点：（1）本实用新型实现同时采集激光脉冲能量在样品中沉积后所产生的超声波信号，以及样品在激光脉冲激发下所产生的背向荧光光谱信号，经计算机处理获得样品的光声显微图像、荧光显微图像和荧光显微光谱图像；（2）本实用新型通过选取激光扫描装置扫描或三维电动精密平移载物台扫描，可以根据实际需要实现光扫描或样品扫描；（3）本实用新型通过信号切换开关选择不同的信号源，可根据实际需要得到前向或背向光声信号。
Claims (6)
1.一种多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：包括能够在x、y和z三个方向移动的三维电动精密平移载物台（2）、激光扫描装置（3）、脉冲激光光源（4）、光谱仪（11）、超声信号采集***（7）、光谱信号采集***（10）、第一超声换能器（14）和第二超声换能器（15），在三维电动精密平移载物台（2）上设置用于放置样品的水盒（13），第一超声换能器（14）和第二超声换能器（15）分别通过信号切换开关（16）连接信号放大器（8），信号放大器（8）连接超声信号数据采集***（7）；在所述三维电动精密平移载物台（2）的上方设置能够使激光在x、y方向移动的激光扫描装置（3），激光扫描装置（3）与三维电动精密平移载物台（2）之间设置物镜（12）；在所述激光扫描装置（3）的一侧依次设置热镜（9）、分束镜（5）和脉冲激光光源（4）；所述光谱信号数据采集***（10）连接光谱仪（11）的CCD相机。
2.如权利要求1所述的多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：所述超声信号窗口（17）的大小大于样品的大小。
3.如权利要求1所述的多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：在所述水盒（13）底部设有超声信号窗口（17），在超声信号窗口（17）覆盖能够透过超声波的薄膜（18）。
4.如权利要求1所述的多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：所述超声信号数据采集***（7）和光谱信号数据采集***（10）分别连接光电探测器（6）的电信号输出端。
5.如权利要求1所述的多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：所述三维电动精密平移载物台（2）、激光扫描装置（3）、脉冲激光光源（4）、超声信号数据采集***（7）和光谱信号数据采集***（10）均与计算机（1）连接。
6.如权利要求1所述的多功能光声、荧光显微及荧光光谱成像分析装置，其特征是：所述第一超声换能器（14）和第二超声换能器（15）分别设置在超声信号窗口（17）底部和侧部。
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