CN212514276U - 宽光谱荧光多通道实时成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽光谱荧光多通道实时成像***，其包括：激发光源，至少用于提供不同波长的第一、第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；第一分光结构用于将混合荧光分离为不同波段的第一、第二荧光；第二分光结构包括第一、第二分光模块，第一分光模块用于将接收的第一荧光分离为多个不同波段的第一脉冲光，第二分光模块用于将接收的第二荧光分离为多个不同波段的第二脉冲光；激发光源及第一探、第二探测器分别与控制单元连接。本实用新型的宽光谱荧光多通道实时成像***能够实现多通道实时成像、多通道时序成像等功能。

Description

宽光谱荧光多通道实时成像***

技术领域

本实用新型涉及一种荧光成像***，特别涉及一种宽光谱荧光多通道实时成像***，属于荧光成像技术领域。

背景技术

目前荧光成像技术广泛应用于生命科学的研究，特别是大视场的荧光成像技术在生物活体的医学诊疗方面具有广阔的应用前景。该技术是利用探测器对荧光探针特异性标记的生物或生物组织实现成像。一个典型的荧光成像***包括激发光源、滤光片、镜头、荧光样品以及探测器。来自光源的激发光均匀的照射在样品上，样品被激发所产生的荧光被物镜收集，成像于探测器，使得荧光成像具有提供特异性的位置信息的能力。目前市面上的荧光成像的工作波谱范围主要位于可见光(400-650nm)、近红外一区(NIR-I 650-900nm)和近红外二区荧光(NIR-II 1000-1700nm)。根据荧光探针的特异性，这三个波段具有各自不可替代的作用。目前存在探测器实现400-1700nm波段荧光成像，但是它不仅无法不同波段的荧光同时成像，还存在部分波段量子效率低的问题(＜50％)。利用多探测器分别对不同波段荧光成像，又存在无法实现多波段共定位成像的问题。综上，可实现一种400-1700nm宽光谱成像，高量子效率(＞75％)多波段共定位实时成像的设备尚不存在。

通过多种不同的荧光探针标记可以获取多源信息，例如可以清晰指示移植干细胞在不同组织器官的分布及其死亡、存活状态，这是单一探针成像所无法实现的。特别是多种探针同时标记同时示踪成像更是具有重要意义。目前在可见光 (400-650nm)波段利用彩色CCD可以区分不同颜色的功能，可以实现可见光多种探针的同时成像。然而，彩色CCD相比于单色CCD信噪比差，存在信号串扰。在近红外波段(650-1700nm)只有单色探测器，该波段的探测器只能识别探针的荧光强度，不能区分荧光的波长，因此不能在该波段实现多种探针同时示踪。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种宽光谱荧光多通道实时成像***，以克服现有技术中的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时成像***，其包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接收的第一荧光分离为多个不同波段的第一脉冲光，并使多个第一脉冲光输入第一探测器，所述第二分光模块用于将接收的第二荧光分离为多个不同波段的第二脉冲光，并使多个第二脉冲光输入第二探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器分别与控制单元连接。

进一步的，所述第一分光结构包括二向色镜。

进一步的，所述二向色镜为可切换的多个二向色镜。

进一步的，所述第一分光模块包括多个第一滤光片，所述多个第一滤光片分别与所述多个不同波段的第一脉冲光相匹配，所述第一荧光分别通过多个第一滤光片而获得多个不同波段的第一脉冲光。

进一步的，所述多个第一滤光片与第一滤光片切换部件连接，所述第一滤光片切换部件与所述控制单元连接，所述第一滤光片切换部件能够按预设顺序切换所述多个第一滤光片的位置，而使接收的第一荧光分别依次通过多个第一滤光片，进而获得多个不同波段的第一脉冲光。

进一步的，所述第二分光模块包括多个第二滤光片，所述多个第二滤光片分别与所述多个不同波段的第二脉冲光相匹配，所述第二荧光分别通过多个第二滤光片而获得多个不同波段的第二脉冲光。

进一步的，所述多个第二滤光片与第二滤光片切换部件连接，所述第二滤光片切换部件与所述控制单元连接，所述第二滤光片切换部件能够按预设顺序切换所述多个第二滤光片的位置，而使接收的第二荧光分别依次通过多个第二滤光片，进而获得多个不同波段的第二脉冲光。

进一步的，所述第一脉冲光、第二脉冲光分别通过第一成像物镜、第二成像物镜输入第一探测器、第二探测器。

进一步的，所述第一探测器、第二探测器光学同轴设置，所述第一探测器包括铟镓砷相机，所述第二探测器包括硅基CCD。

进一步的，所述激发光源包括分别用于提供第一激发光、第二激发光的第一激发光源、第二激发光源，所述第一激发光源包括可见光光源，所述第二激发光源包括近红外激光器。

进一步的，所述混合荧光的波长为400-1700nm。

进一步的，所述控制单元包括具有时钟功能的I/O装置。

进一步的，所述I/O装置还与计算机连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，以多通道二向色镜和可程序化切换的多个滤光片构建多层分光结构，将混合的混合荧光信号按波段实时分离；最后由成像物镜成像于探测器；其中，探测器包包括设计为光学同轴的硅基CCD和InGaAs(铟镓砷)相机，从而可以实现共定位成像，保证了400-1700nm宽波段高量子效率；

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，以具有外部时钟功能的I/O装置为综合控制中心，通过相应的控制程序，实现控制多组不同波长的激发光源、多组程序化切换的滤光片、多组探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，实现多通道实时成像、多通道时序成像等功能，从而实现多波段、多探针同时示踪。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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是本实用新型一典型实施案例中一种宽光谱荧光多通道实时成像***的结构示意图；

附图标记说明：可见光光源-1、近红外激光器-2、样品载物台-3、二向色镜 -4、第一滤光片11-、第一滤光片切换部件-6、第二滤光片-12、第二滤光片切换部件-5、可见光成像物镜-13、近红外成像物镜-14、铟镓砷相机-7、硅基CCD-8、具有外部时钟功能的I/O装置-9、计算机10。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时成像***，其包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接收的第一荧光分离为多个不同波段的第一脉冲光，并使多个第一脉冲光输入第一探测器，所述第二分光模块用于将接收的第二荧光分离为多个不同波段的第二脉冲光，并使多个第二脉冲光输入第二探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器分别与控制单元连接。

本实用新型实施例提供了一种宽光谱荧光多通道实时成像***，该***为一种可以实现多种可见光探针和多种近红外波段探针同时示踪的宽光谱 (400-1700nm)多通道实时成像设备，并可应用于活体成像波长范围400-1700nm 的宽光谱荧光多通道实时成像；该***以多种可见光和多种近红外光为激发光源，可实现多种光源同时激发样品；载有多种探针的样品被激发出包含多种波长荧光的混合荧光信号；并以二向色镜和可程序化切换的多个滤光片为核心元件构建了多层光信号分离结构，将混合的混合荧光信号按波段实时分离；最后由成像物镜成像于探测器；其中，探测器包包括设计为光学同轴的硅基CCD和InGaAs (铟镓砷)相机，从而可以实现共定位成像，保证了400-1700nm宽波段高量子效率。

另外，本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***还以具有外部时钟功能的I/O装置为综合控制中心，通过相应的控制程序(需要说明的是，该具有外部时钟功能的I/O装置所采用的控制程序可以采用现有的程序代码，其可以通过市购获得)来控制第一探测器、第二探测器的采集频率与多个第一滤光片、多个第二滤光片的切换联动，同时控制多组激发光源配合探测器和滤光片完成工作；此时本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***即可实现多种可见光和多种近红外混合荧光信号实时分离，且无串扰成像。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，如下描述的仅为本实用新型技术方案的一种具体实施方案，本本领域技术人员还可以根据该技术方案所公开的原理获得其他具体的实施方案，其中包含的各个光学器件，均可以采用本领域技术人员已知光学器件，其均可以通过市购获得，其中涉及的光学元器件的型号在此不作具体限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行个别元件的更换；本实用新型实施例中所采用的控制装置包括但不限于I/O控制设备，其中所涉及的控制程序、代码等均可以采用现有的程序代码，其可以通过市购获得。

请参阅图1，本实用新型一典型实施案例中的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，其包括：可见光光源1、近红外激光器2、样品载物台3、二向色镜4、多个第一滤光片11、第一滤光片切换部件6、多个第二滤光片12、第二滤光片切换部件5、可见光成像物镜13、近红外成像物镜14、铟镓砷相机7、硅基CCD 8、具有外部时钟功能的I/O装置9以及计算机10，其中，可见光光源1、近红外激光器2、第一滤光片切换部件6、第二滤光片切换部件5、铟镓砷相机7、硅基CCD 8均与具有外部时钟功能的I/O装置9连接，以及，具有外部时钟功能的I/O装置9还与计算机10连接。

具体的，可见光光源1、近红外激光器2分别用于提供不同波长的可见光和近红外光作为激发光，可见光光源1和近红外激光器2提供的激发光照射位于样品载物台3上的待测样品，负载有多种探针(每种探针对应一段波长的激发光) 的待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；该混合荧光输入二向色镜4而被二向色镜4分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光分别输往包含多个第一滤光片11的第一分光模块、包含多个第二滤光片12的第二分光模块，多个第一滤光片11用于将接收的第一荧光分离为多个不同波段的第一脉冲光，并使多个第一脉冲光经可见光成像物镜13输入铟镓砷相机7，多个第二滤光片12用于将接收的第二荧光分离为多个不同波段的第二脉冲光，并使多个第二脉冲光经近红外成像物镜14输入硅基CCD 8，从而实现共定位成像。

具体的，多个第一滤光片11设置在第一滤光片切换部件6上或者多个第一滤光片11与第一滤光片切换部件6连接，多个第二滤光片12设置在第二滤光片切换部件5上或者多个第二滤光片12与第二滤光片切换部件5连接，以及，第一滤光片切换部件6、第二滤光片切换部件5还分别与具有外部时钟功能的I/O 装置9连接，在具有外部时钟功能的I/O装置9的控制下，第一滤光片切换部件 6、第二滤光片切换部件5分别使多个第一滤光片11、多个第二滤光片12程序化切换，例如按照预设的顺序切换，以使第一荧光按照预设的顺序分别通过多个第一滤光片11而获得多个第一脉冲光信号，使第二荧光按照预设的顺序分别通过多个第二滤光片12而获得多个第二脉冲光信号；在多个第一滤光片、多个第二滤光片切换时，第一滤光片切换部件6、第二滤光片切换部件(第一滤光片切换部件和第二滤光片切换部件亦可称之为程序化切换装置或程序化切换器或滤光片盘切换装置，其可以采用市购的现有技术中的程序化切换器)5会产生一个信号，信号由I/O装置9接收并转输给铟镓砷相机7、硅基CCD 8，铟镓砷相机 7、硅基CCD 8接收信号并采集图片；其中，第一滤光片和第二滤光片的切换频率与图像采集频率一致，此时铟镓砷相机7、硅基CCD 8以极快的速度收集多波段、多探针的信息。

具体的，第一滤光片11可以是带通滤光片，第二滤光片12可以是带通近红外滤光片；其中多个第一滤光片11、多个第二滤光片12均可以更换，以获得不同波长的第一脉冲光信号、第二脉冲光信号；其中的二向色镜也可以切换或更换，进而使分光波段可以调节、变化。

具体的，本实用新型一典型实施案例中的一种宽光谱荧光多通道实时成像***的工作原理和过程至少包括：计算机10发出程序控制指令，由具有外部时钟功能的I/O装置9控制多组不同波长的激发光源、多个滤光片盘切换装置、多个探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，此时，该宽光谱荧光多通道实时成像***即实现了400-1700nm宽光谱荧光成像，又实现了多波段、多种探针共定位实时示踪，即实现了宽光谱多通道实时成像。

具体的，在一些较为具体的实施方案中，可见光光源(可见光光源可以是可见光LED、多波长可见光激光器)1和近红外激光器2提供的激发光(可见光光源1提供的第一激发光、近红外激光器2提供的第二激发光的波长均为 400-1600nm)照射位于样品载物台3上的待测样品，负载有多种探针(每种探针对应一段波长的激发光)的待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光，该混合荧光的波段为400-1700nm；该混合荧光输入二向色镜4而被二向色镜4按波段分离为波段分别为400-900nm、900-1700nm的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光分别输往多个第一滤光片11、多个第二滤光片12，第一滤光片切换部件6、第二滤光片切换部件5程序化切换多个第一滤光片11、多个第二滤光片12，900-1700nm波段的第一荧光以一定的顺序通过多个第一滤光片11而获得多个不同波段的第一脉冲光信号，并使多个第一脉冲光信号经可见光成像物镜13输入铟镓砷相机7；400-900nm波段的第二荧光以一定的顺序通过多个第二滤光片12而获得多个不同波段的第二脉冲光信号，并使多个第二脉冲光信号经可见光成像物镜17输入硅基CCD 8，同时，计算机10发出程序控制指令，由具有外部时钟功能的I/O装置9控制多组不同波长的激发光源、多个滤光片盘切换装置、多个探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，从而实现了400-1700nm宽光谱荧光成像，又实现了多波段、多种探针共定位实时示踪，即实现了宽光谱多通道实时成像。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***的可见光光源和近红外激光器(例如波长808nm或980nm)通过具有外部时钟功能的I/O 装置控制可实现两种光源同时照明；多通道滤光片和多通道二向色镜，能够同时分离多种激发光和多种荧光信号。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***以多通道二向色镜和可程序化切换的多个滤光片构建多层分光结构，实现光信号分离，其中，第一层分光结构(该第一层分光结构主要指二向色镜)能将包含多种波长荧光的混合荧光信号分离为400-900nm和900-1700nm两个波段，第二层分光结构包括两个平行模块，一个模块以程序化切换的带通滤光片(即第一滤光片)为核心，将400-900nm波段的荧光信号分离为多个波段的第一脉冲光信号并送入硅基 CCD；另一个模块以程序化切换的近红外带通滤光片(即第二滤光片)为核心，将900-1700nm波段的荧光信号多个波段的第二脉冲光信号并送入InGaAs相机，分光结构中的二向色镜和滤光片设计为可切换，进而使分光的波段可调节、变化。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，具有同光轴的多个探测器，探测器的量子效率大于75％，探测器前有与之相匹配的成像物镜，探测器的探测波段由分光结构的分光波段决定；具体可以为：硅基CCD分别成像可见光波段(400-650nm)和近红外一区(NIR-I 650-900nm)波段；InGaAs 相机成像近红外波段(900-1700nm)；多个探测器光学同轴可以实现探测共定位。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，多个滤光片切换和多个探测器采集图像的联动，在多个滤光片切换时，程序化切换装置会产生一个信号，信号由I/O装置接收并转输给探测器，探测器接收信号并采集图片，其中，具有外部时钟功能的I/O装置控制二者同时工作，可实现探测器的同时探测多波段的脉冲光信号。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，以具有外部时钟功能的I/O装置为综合控制中心，通过相应的控制程序，实现控制多组不同波长的激发光源、多组程序化切换的滤光片、多组探测器同时或以一定的时间顺序完成工作，实现多通道实时成像、多通道时序成像等功能，从而实现多波段、多探针同时示踪。

本实用新型实施例提供的一种宽光谱荧光多通道实时成像***，可实现多种可见光、多种近红外荧光探针共定位同时、实时成像，特别是可应用于活体成像，活体成像波长范围为400-1700nm。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于包括：

激发光源，至少用于提供不同波长的第一激发光和第二激发光以照射待测样品，使待测样品被激发而发射包含多种波长荧光的混合荧光；

第一分光结构，至少用于将所述混合荧光分离为不同波段的第一荧光、第二荧光，并使所述第一荧光、第二荧光输往第二分光结构；

第二分光结构，包括第一分光模块、第二分光模块，所述第一分光模块用于将接收的第一荧光分离为多个不同波段的第一脉冲光，并使多个第一脉冲光输入第一探测器，所述第二分光模块用于将接收的第二荧光分离为多个不同波段的第二脉冲光，并使多个第二脉冲光输入第二探测器；

所述激发光源、第一探测器、第二探测器分别与控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述第一分光结构包括二向色镜。

3.根据权利要求2所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述二向色镜为可切换的多个二向色镜。

4.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述第一分光模块包括多个第一滤光片，所述多个第一滤光片分别与所述多个不同波段的第一脉冲光相匹配，所述第一荧光分别通过多个第一滤光片而获得多个不同波段的第一脉冲光。

5.根据权利要求4所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述多个第一滤光片与第一滤光片切换部件连接，所述第一滤光片切换部件与所述控制单元连接，所述第一滤光片切换部件能够按预设顺序切换所述多个第一滤光片的位置，而使接收的第一荧光分别依次通过多个第一滤光片，进而获得多个不同波段的第一脉冲光。

6.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述第二分光模块包括多个第二滤光片，所述多个第二滤光片分别与所述多个不同波段的第二脉冲光相匹配，所述第二荧光分别通过多个第二滤光片而获得多个不同波段的第二脉冲光。

7.根据权利要求6所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述多个第二滤光片与第二滤光片切换部件连接，所述第二滤光片切换部件与所述控制单元连接，所述第二滤光片切换部件能够按预设顺序切换所述多个第二滤光片的位置，而使接收的第二荧光分别依次通过多个第二滤光片，进而获得多个不同波段的第二脉冲光。

8.根据权利要求6所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述第一脉冲光、第二脉冲光分别通过第一成像物镜、第二成像物镜输入第一探测器、第二探测器。

9.根据权利要求1或8所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述第一探测器、第二探测器光学同轴设置，所述第一探测器包括铟镓砷相机，所述第二探测器包括硅基CCD。

10.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述激发光源包括分别用于提供第一激发光、第二激发光的第一激发光源、第二激发光源，所述第一激发光源包括可见光光源，所述第二激发光源包括近红外激光器。

11.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述混合荧光的波长为400-1700nm。

12.根据权利要求1所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述控制单元包括具有时钟功能的I/O装置。

13.根据权利要求12所述的宽光谱荧光多通道实时成像***，其特征在于：所述I/O装置还与计算机连接。

Images