一种智能分辨激光光学层析成像方法的系统技术方案

本发明专利技术提供一种智能分辨激光光学层析成像方法的系统，包括激光器、反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、扫描振镜、旋转台、透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4、荧光滤波片、色散原件、匹配器、轮询装置、探测器1、探测器2、探测器3、计算机，本发明专利技术有机结合高光谱分辨成像和扫描激光光学层析成像，光子利用效率高，具有对样本进行多维度荧光成像的快速高效成像的优点，三维立体的成像精度各向同性，成像系统紧凑，使用方便等优点。

System for intelligently resolving laser optical tomography

The present invention provides a system for intelligent resolution laser optical tomography method, including laser, mirror, M1 mirror, M2 mirror, M3 scanning galvanometer, rotating table, L1 lens, L2 lens, L3 lens, L4 lens, fluorescence filter, dispersion, the original matching device, polling device, detector 1, 2, 3, a computer detector detector of the invention, the organic combination of imaging and scanning laser optical tomography imaging spectrometer, the photon utilization efficiency is high, has the advantages of fast and efficient imaging of multi dimension fluorescence imaging of the sample, the imaging accuracy of isotropic three-dimensional imaging system, compact, easy to use.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光子学与生物医学交叉装置设计领域，尤其涉及一种光子学与生物医学交叉的扫描激光光学层析成像方法的领域。
技术介绍
生命科学和医学药学研究是现今世界科技发展和人类关注的最大热点之一。生物医学光子学作为光子学与生物医学交叉的学科新分支，涉及生物系统以光子形式释放的能量，来自生物系统的光子探测过程,以及光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息等各个方面。由于该技术具有许多突出的优点，如特异性好、灵敏度高、分辨率高等，因此成为现代生命科学和生物医学的研究越来越倚重的重要研究工具。.生物医学研究为了更好的理解生命活动、疾病发展甚至药物作用的机理，日益增加在完整的生物系统上高精度研究生物功能信息的需求。而传统的核磁共振(MRI)、X射线计算机断层扫描(X-ray CT)以及正电子发射计算机断层扫描(PET)等技术虽然可以获得三维成像，但成像对象主要局限在宏观的生物医学样本。同时它们并非光学成像技术，无法利用生物医疗上极为常用的染色/荧光标记等技术来对标记物分布进行成像。在生物医学光学成像领域，传统的共聚焦/多光子光学成像技术受光场限制及扫描速率限制，通常只能三维扫描成像几十至几百μm的样本[1,2]，难以满足生物医学研究为了更好的理解生命活动、疾病发展甚至药物作用的机理，日益增加在完整的生物系统上高精度研究生物功能信息的需求。因此，成像深度在mm-cm范围并且具有高空间分辨率(μm量级)的新型介观三维光学成像技术的研究一经提出，就受到世界生物医疗光学成像研究者的广泛关注，得到突飞猛进的发展，是目前生物医疗光学成像研究领域的前沿热点之一。当前，实现介观三维光学成像的途径主要包括光学投影断层扫描(Optical Projection Tomography,OPT)[3]，扫描激光光学层析成像(Scanning LaserOptical Tomography，SLOT)[4]，光片显微仪(LightSheet Microscopy)[5,6]。SLOT技术是光学计算机断层扫描(Optical Computed Tomography)范畴下的一种形式，采用单点激发并探测，利用激光扫描以形成投影成像，得到一系列角度相关的强度投影图像，然后基于计算机三维重组获到样本的三维立体强度信息，可采集样本的吸收/荧光。但目前局限于强度成像，而强度测量容易受激发光强度、样本猝灭和荧光染料或蛋白质的分布浓度等许多因素的影响，通常只用作定性测量，很难对样本进行有效地定量测量，更无法进行功能成像。荧光自身其实具有多参量特性，除了上述所述强度外，荧光光谱、寿命和偏振等参数都包含了丰富的生物功能信息。由于荧光发射波长与荧光团的能级结构相关，因此荧光光谱测量与光学成像结合可区分不同的荧光团，并对空间分辨的生物化学功能信息成像。目前国内外的荧光光谱成像技术多结合微观三维成像技术(如共聚焦显微成像，多光子显微成像甚至超分辨荧光显微成像)，并主要应用于微观样本(如细胞、单分子等)，利用的是在横向(x,y)和轴向(z)进行扫描成像，成像区域小于甚至远小于几百个μm，无法适用于对生物医疗介观(mm-cm)样本(完整生物系统：器官、组织、胚胎及模式动物等)的研究。另外，结合的这些三维光学成像技术都受到空间精度各向异性的限制，易导致横向和轴向分辨率不一致引起的信息提取模糊的困扰。这些多维度荧光成像技术不易简单移植到生物医疗介观三维光学成像，其中严重的一个技术瓶颈就是两种技术结合后激发光子的有效利用率不高。根据以上问题，本专利技术相较于以往传统方式，本专利技术成像高效快速，系统紧凑，操作方便，成像精度各向同性，可对样本进行三维立体信息的光谱分辨，适用于对样本进行结构和功能分析。尤其可以对完整地生物组织系统样本提供三维立体的光谱信息，光子利用率高，因此，本专利技术在光谱识别方面有着更多的优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：如何选取高速的荧光光谱分辨技术结合扫描激光光学层析成像以形成高度原创性的技术原理和方案，实现高效快速的空间精度各项同性的针对样本的三维立体信息进行高光谱分辨，并实现这种荧光多维度定量成像技术和系统。此技术和系统装置可广泛应用于基础生物学、免疫生物学、解剖结构生物学、脑科学、医学研究及药物开发等领域，是一种新型的针对完整生物医学系统样本的多维度测量技术，可发展为现代生命科学和医学药学研究的重要研究工具。为解决上述问题，本专利技术提供以下技术方案：一种智能分辨激光光学层析成像方法的系统，包括激光器、反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、扫描振镜、旋转台、透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4、荧光滤波片、色散原件、探测器1、探测器2、探测器3、计算机；探测器1、探测器2、探测器3通过电气电路与计算机连接；计算机与扫描振镜和旋转台连接；匹配器与计算机和控测器1相连；轮询装置与计算机和控测器3相连；透镜L3、透镜L4、荧光滤波片组成一个能选取一个特定波长的成像系统，荧光滤波片用于选取特定的波长；匹配器根据计算机的指令，并且根据事先输入的样品的种类进行匹配，其匹配的规则是：将样品进行编号，并将样品的编号的信息以多螺旋结构进行存储；其中，多螺旋结构包括：以样品形成的激光光谱区域，并将样品形成的激光光谱区域的每个区域的区域标识为列形成单链表，且每个区域标识还关联到一个循环链表，循环链表包含属于激光光谱区域标识对应区域的一至多个邻居激光光谱区域标识；轮询装置在计算机内进行查询并反馈给探测器3，探测器3根据轮询装置的指令产生控制信息，对样品的一些不需要的角度信息进行去除，从而完成根据特定的用户指令形成的图像和维度信息，形成个性化差异；激光器发出激光，通过反射镜M1，反射镜M2将激光打入扫描振镜，通过扫描振镜的反射再通过透镜L1聚焦到位于旋转台下的样本上；激光通过样本吸收后剩余的激光通过探测器3，计算机根据指令进行采集；激光通过样本后产生的荧光可以通过半透半反镜BS，半透半反镜BS将荧光的一半经过透镜L3，荧光滤波片，透镜L4打入探测器2后，计算机根据指令进行采集；荧光的另一半经过透镜L2聚焦到色散原件进行光谱信号的分辨，再根据计算机的指令利用探测器1进行光谱信号的采集；计算机发出指令触发扫描振镜做快速二维横向扫描，从而对样本在每个角度下进行扫描，并得到吸收光或者荧光的强度投影图像和光谱分辨信息投影图像；计算机发出指令控制触发旋转台步进角度，重复上述步骤最终得到角度相关的一系列吸收光荧光的强度投影图像和光谱分辨信息投影图像；计算机对采集的信息进行数据解构后，再利用多角度的投影信号通过直线投影层析重建成像，最后可得到样本的三维立体强度信息和样本的高光谱三维立体信息；其中，计算机发出指令，实现扫描控制、旋转台控制、探测器触发、曝光控制、信号采集和存储功能；计算机与探测器1、探测器2、探测器3连接，并通过触发电路与扫描振镜和旋转台连接。附图说明图1为本专利技术的体系结构图；图2为本专利技术的工作流程图；具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本专利技术的保护范围之内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能分辨激光光学层析成像方法的系统，其特征在于：包括激光器、反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、扫描振镜、旋转台、透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4、荧光滤波片、色散原件、匹配器、轮询装置、探测器1、探测器2、探测器3、计算机；所述探测器1、所述探测器2、所述探测器3通过电气电路与所述计算机连接；所述计算机与所述扫描振镜和所述旋转台连接；所述匹配器与所述计算机和所述控测器1相连；所述轮询装置与所述计算机和所述控测器3相连；所述透镜L3、所述透镜L4、所述荧光滤波片组成一个能选取一个特定波长的成像系统，所述荧光滤波片用于选取特定的波长；所述匹配器根据计算机的指令，并且根据事先输入的样品的种类进行匹配，其匹配的规则是：将样品进行编号，并将所述样品的所述编号的信息以多螺旋结构进行存储；其中，所述多螺旋结构包括：以所述样品形成的激光光谱区域，并将所述样品形成的激光光谱区域的每个区域的区域标识为列形成单链表，且每个区域标识还关联到一个循环链表，所述循环链表包含属于所述激光光谱区域标识对应区域的一至多个邻居激光光谱区域标识；所述轮询装置在所述计算机内进行查询并反馈给所述探测器3，所述探测器3根据所述轮询装置的指令产生控制信息，对样品的一些不需要的角度信息进行去除，从而完成根据特定的用户指令形成的图像和维度信息，形成个性化差异；所述激光器发出激光，通过所述反射镜M1，所述反射镜M2将激光打入所述扫描振镜，通过所述扫描振镜的反射再通过所述透镜L1聚焦到位于所述旋转台下的样本上；所述激光通过所述样本吸收后剩余的激光通过探测器3，所述计算机根据指令进行采集；所述激光通过样本后产生的荧光可以通过半透半反镜BS，所述半透半反镜BS将所述荧光的一半经过所述透镜L3，所述荧光滤波片，所述透镜L4打入所述探测器2后，所述计算机根据指令进行采集；所述荧光的另一半经过所述透镜L2聚焦到所述色散原件进行光谱信号的分辨，再根据所述计算机的指令利用所述探测器1进行光谱信号的采集；所述计算机发出指令触发所述扫描振镜做快速二维横向扫描，从而对所述样本在每个角度下进行扫描，并得到所述吸收光或者荧光的强度投影图像和光谱分辨信息投影图像；所述计算机发出指令控制触发旋转台步进角度，重复上述步骤最终得到角度相关的一系列所述吸收光荧光的强度投影图像和光谱分辨信息投影图像；所述计算机对采集的信息进行数据解构后，再利用多角度的投影信号通过直线投影层析重建成像，最后可得到样本的三维立体强度信息和样本的高光谱三维立体信息；其中，所述计算机发出指令，实现扫描控制、旋转台控制、探测器触发、曝光控制、信号采集和存储功能；所述计算机与所述探测器1、所述探测器2、所述探测器3连接，并通过触发电路与所述扫描振镜和所述旋转台连接。...

【技术特征摘要】
1.一种智能分辨激光光学层析成像方法的系统，其特征在于：包括激光器、反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、扫描振镜、旋转台、透镜L1、透镜L2、透镜L3、透镜L4、荧光滤波片、色散原件、匹配器、轮询装置、探测器1、探测器2、探测器3、计算机；所述探测器1、所述探测器2、所述探测器3通过电气电路与所述计算机连接；所述计算机与所述扫描振镜和所述旋转台连接；所述匹配器与所述计算机和所述控测器1相连；所述轮询装置与所述计算机和所述控测器3相连；所述透镜L3、所述透镜L4、所述荧光滤波片组成一个能选取一个特定波长的成像系统，所述荧光滤波片用于选取特定的波长；所述匹配器根据计算机的指令，并且根据事先输入的样品的种类进行匹配，其匹配的规则是：将样品进行编号，并将所述样品的所述编号的信息以多螺旋结构进行存储；其中，所述多螺旋结构包括：以所述样品形成的激光光谱区域，并将所述样品形成的激光光谱区域的每个区域的区域标识为列形成单链表，且每个区域标识还关联到一个循环链表，所述循环链表包含属于所述激光光谱区域标识对应区域的一至多个邻居激光光谱区域标识；所述轮询装置在所述计算机内进行查询并反馈给所述探测器3，所述探测器3根据所述轮询装置的指令产生控制信息，对样品的一些不需要的角度信息进行去除，从而完成根据特定的用户指令形成的图像和维度信息，形成个性化差异；所述激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玲玲，
申请(专利权)人：陈玲玲，
类型：发明
国别省市：广东;44