一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统，实现对斑马鱼胚胎内中性粒细胞的三维跟踪。采集速度达到相机帧速率、对生物样本光辐射小。将各种图像处理和识别算法用于斑马鱼胚胎内中性粒细胞的检测与识别，得到细胞的位置变化和形态学特征。为下一步数据分析奠定基础，并分析中性粒细胞结构、形态学特征、运动轨迹与炎症和药物作用的相互关系，为研究疾病变化和药物机理奠定实验与理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统
本专利技术涉及光学成像与图像处理模式识别领域，涉及一种瞬时正交光学投影层析成像系统。
技术介绍
揭示生命的本质、关注人类健康是当代科技发展的主线。通过对生物样本进行成像来研究样本的结构特点和生理功能，可达到为医学临床诊断提供客观依据的目的。光学投影层析成像(OpticalProjectionTomography，OPT)技术将CT技术和显微技术相结合，能对荧光和非荧光物质进行三维成像的新技术。OPT具有比核磁共振更高的分辨率，可达微米量级；具有比共焦显微成像更大的成像深度，能够对厚达十几毫米的样品进行成像，也可以利用彩色或荧光染料对样本进行组织特异性或基因特异性着色处理。OPT成像时，先采集样品不同断层在不同角度下的投影数据，再由计算机对这些数据运用Radon逆变换来重组图像。OPT在组织发育、基因表达、以及医疗诊断等方面的研究中具有重要价值。了解生物系统不仅需要研究细胞的空间分布，还需要研究它们随时间的动态变化。研究细胞的动态即细胞的移动情况，这对研究疾病变化、癌症转移是极为重要的。组织中被迫坏地方会有炎症反应，免疫细胞会发生变化，这时白细胞会增多。细胞移动情况可以依据组织内的三维模型展开。在染病的模型中，研究活体生物体内细胞移动，这对生物医药机理研究具有重要的现实意义。在生物样本方面，斑马鱼幼体已经被用来作为炎症研究重要模式生物，因为它有较短的生殖周期，胚胎具有透明度，容易进行药物试验，可以利用基因和分子的处理进行一系列操作。另外，斑马鱼的透明特征使完整的生物体的生理和病理过程变得可视化，有助于进一步了解生物对生病和受伤的全部反应。因此，出现了一些利用荧光显微法对斑马鱼体内子区域细胞移动进行二维和三维成像的研究，但是目前为止对整条斑马鱼进行时间延迟细胞追踪技术还没有相关报道。针对我国生物医药领域的发展和对高精度研究生物功能信息的需求，为了更好的研究疾病发展、生命活动及药物作用，本专利技术提出利用角度复用的OPT系统对斑马鱼体胚胎内的中性粒细胞进行三维跟踪和形态学特征提取，希望得到较高的时间延迟分辨率，降低对样本的光辐射。利用瞬时正交成像技术(在相互垂直的CCD同时采集两幅图像)来定位和跟踪细胞的运动。研究细胞检测与识别算法，提取细胞的多参量形态学特征。为生物组织研究和医药运行机理提供新的技术手段和思路。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种解决或部分解决上述问题的一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统。为了达到上述技术方案的效果，本专利技术的技术方案为：将一个转基因突变的斑马鱼胚胎作为一个标准模型，标准模型是透明的，并且体内中性粒细胞中能表达出绿色荧光蛋白；对活体内中性粒细胞移动进行延时成像；转基因突变的斑马鱼胚胎放入在胚胎培养液中培养，在受精几天后嵌入到低熔点琼脂，低熔点琼脂用于增加水的黏度，阻止麻醉的转基因突变的斑马鱼胚胎的运动，低熔点琼脂内含麻醉剂；转基因突变的斑马鱼胚胎在麻醉后，被吸入透明的FEP氟化乙丙烯管子，在成像前，弄伤尾巴，提供了一个炎症刺激，形成一个样本；高精度瞬时正交光学投影层析成像系统包括有：散射片、光学快门、激光器、旋转台、EF滤光片A，L1镜筒透镜A、可调光阑A、L2镜筒透镜A、CCD相机A、EF滤光片B、L1镜筒透镜B、可调光阑B、L2镜筒透镜B、CCD相机B、采集装置、电动控制快门、控制模块、光学感应模块、数据存储模块、匹配模块，查询模块；控制模块用Labview编程语言编程控制的部件有光学快门、旋转台、CCD相机A和CCD相机B，样本悬浮在一个装满水的容器里，将装满水的容器固定在旋转台上，用一个473nm，25mw激光器用作宽场激发；宽场激发出的荧光在CCD相机A、CCD相机B上成像；用L1套筒透镜A和L2套筒透镜A作为消色差双合透镜在正交投影角度通过激发滤光片A产生的合适的视场和放大率；用L1套筒透镜B和L2套筒透镜B作为消色差双合透镜在正交投影角度通过激发滤光片B产生的合适的视场和放大率；用分别位于L1套筒透镜A和L1套筒透镜B焦平面上的调节光阑A和调节光阑B，从而产生一个有效采集数值孔径，与透明的FEP氟化乙丙烯管子的内直径近似匹配；一个电动控制快门直接放置在激光器后避免投影采集期间的曝光；采集装置的参数设置和硬件控制通过编程进行实现，并包括有数据采集板、信号发生器；数据采集板的电平信号可以通过信号发生器进行同步触发；控制模块，用于根据查询模块的数据进行控制信号发生器；光学感应模块，用于曝光后收集CCD相机A和CCD相机B的瞬间曝光信息，并且反馈给数据存储模块；光学感应模块用于获取根据CCD相机A和CCD相机B在样本区域下拍摄的曝光数据；数据存储模块，通过光学感应模块收集的信息，用于存储不同的帧数模式产生的全部或部分曝光数据，其中，根据实际需要的帧数形成不同的帧数标识进行分类，并且存储为列表，在列表中，每个不同的帧数标识的曝光数据作为列表的行，存储在数据链表中；匹配模块，用于根据请求中从数据链表开始查找匹配，将请求与数据链表的不同的帧数标识进行匹配，直到匹配到与不同的帧数标识的曝光数据为止，并把匹配到的曝光数据进行排序；查询模块，根据匹配模块得到的排序的数据，建立根据实际需要的帧数而形成不同的帧数标识的一系列子列表以供参考，从而能减少CCD相机A和CCD相机B的瞬间曝光的反应时间，增加智能性；CCD相机A和CCD相机B实现同步采集，设置均为外触发模式，允许来自数据采集板的电平信号的同步触发；为了延时采集，电动控制快门打开，CCD相机A和CCD相机B由信号发生器给出信号给控制模块，由控制模块进行控制工作；一旦CCD相机A和CCD相机B的曝光时间得到满足，电动控制快门关闭，CCD相机A和CCD相机B里的数据循序地被读出形成图像，图像被保存，旋转台切换到下一个角度；最后在用户定义的延迟时间里，再按预期设定的循环步骤重复进行。附图说明图1为高精度瞬时正交光学投影层析成像系统结构图。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。具体方法如下：实施例1：旋转式瞬时正交成像三维跟踪系统，对活体模式动物的免疫细胞(如：中性粒细胞)进行三维跟踪，努力提高时域精度。相对传统三维跟踪对样本做每个时间点的三维成像，本专利技术利用瞬时正交成像系统实现了对样本进行三维跟踪的最小光辐射(最小光漂白和光毒性)，对生物活体的伤害小，为生物、医学、医药研究提供了新的技术手段，具有重要的应用价值。并在正交投影角度来实现基于时间延迟的转基因斑马鱼胚胎中性粒细胞的三维跟踪。利用光与生物组织的相互作用进行成像，一直备受青睐，因为光学成像具有对组织干扰小，灵敏度高，信息丰富(可多参数联合测量，这些参数包括结构、频谱、偏振、量子效应和寿命等)，可达亚细胞层次分辨率水平，适于离体或活体实时成像，便于与其他技术如超声结合使用，以及具备直接治疗的潜能等优点。光与组织的相互作用机制非常丰富，有反射、散射、吸收、荧光等，这些光学现象均可用于提取组织中的相关信息，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统，其特征在于，包含以下：将一个转基因突变的斑马鱼胚胎作为一个标准模型，所述标准模型是透明的，并且体内中性粒细胞中能表达出绿色荧光蛋白；对所述活体内中性粒细胞移动进行延时成像；所述转基因突变的斑马鱼胚胎放入在胚胎培养液中培养，在受精几天后嵌入到低熔点琼脂，所述低熔点琼脂用于增加水的黏度，阻止麻醉的所述转基因突变的斑马鱼胚胎的运动，所述低熔点琼脂内含麻醉剂；所述转基因突变的斑马鱼胚胎在麻醉后，被吸入透明的FEP氟化乙丙烯管子，在成像前，弄伤尾巴，提供了一个炎症刺激，形成一个样本；高精度瞬时正交光学投影层析成像系统包括有：散射片、光学快门、激光器、旋转台、EF滤光片A，L1镜筒透镜A、可调光阑A、L2镜筒透镜A、CCD相机A、EF滤光片B、L1镜筒透镜B、可调光阑B、L2镜筒透镜B、CCD相机B、采集装置、电动控制快门、控制模块、光学感应模块、数据存储模块、匹配模块，查询模块；所述控制模块用Labview编程语言编程控制的部件有光学快门、旋转台、CCD相机A和CCD相机B，所述样本悬浮在一个装满水的容器里，将所述装满水的容器固定在所述旋转台上，用一个473nm，25mw所述激光器用作宽场激发；宽场激发出的荧光在所述CCD相机A、所述CCD相机B上成像；用L1套筒透镜A和L2套筒透镜A作为消色差双合透镜在正交投影角度通过所述激发滤光片A产生的合适的视场和放大率；用所述L1套筒透镜B和所述L2套筒透镜B作为消色差双合透镜在正交投影角度通过所述激发滤光片B产生的合适的视场和放大率；用所述分别位于L1套筒透镜A和L1套筒透镜B焦平面上的调节光阑A和调节光阑B，从而产生一个有效采集数值孔径，与所述透明的FEP氟化乙丙烯管子的内直径近似匹配；一个所述电动控制快门直接放置在所述激光器后避免投影采集期间的曝光；所述采集装置的参数设置和硬件控制通过编程进行实现，并包括有数据采集板、信号发生器；所述数据采集板的电平信号可以通过所述信号发生器进行同步触发；所述控制模块，用于根据所述查询模块的数据进行控制所述信号发生器；所述光学感应模块，用于曝光后收集所述CCD相机A和所述CCD相机B的瞬间曝光信息，并且反馈给所述数据存储模块；所述光学感应模块用于获取根据所述CCD相机A和所述CCD相机B在所述样本区域下拍摄的曝光数据；所述数据存储模块，通过所述光学感应模块收集的信息，用于存储不同的帧数模式产生的全部或部分曝光数据，其中，根据实际需要的帧数形成不同的帧数标识进行分类，并且存储为列表，在所述列表中，每个不同的帧数标识的曝光数据作为所述列表的行，存储在数据链表中；所述匹配模块，用于根据请求中从所述数据链表开始查找匹配，将请求与所述数据链表的不同的帧数标识进行匹配，直到匹配到与不同的帧数标识的曝光数据为止，并把匹配到的曝光数据进行排序；所述查询模块，根据所述匹配模块得到的所述排序的数据，建立根据实际需要的帧数而形成不同的帧数标识的一系列子列表以供参考，从而能减少所述CCD相机A和所述CCD相机B的瞬间曝光的反应时间，增加智能性；所述CCD相机A和所述CCD相机B实现同步采集，设置均为外触发模式，允许来自所述数据采集板的电平信号的同步触发；为了延时采集，所述电动控制快门打开，所述CCD相机A和所述CCD相机B由所述信号发生器给出信号给所述控制模块，由所述控制模块进行控制工作；一旦所述CCD相机A和所述CCD相机B的曝光时间得到满足，所述电动控制快门关闭，所述CCD相机A和所述CCD相机B里的数据循序地被读出形成图像，所述图像被保存，所述旋转台切换到下一个角度；最后在用户定义的延迟时间里，再按预期设定的循环步骤重复进行。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统，其特征在于，包含以下：将一个转基因突变的斑马鱼胚胎作为一个标准模型，所述标准模型是透明的，并且体内中性粒细胞中能表达出绿色荧光蛋白；对所述活体内中性粒细胞移动进行延时成像；所述转基因突变的斑马鱼胚胎放入在胚胎培养液中培养，在受精几天后嵌入到低熔点琼脂，所述低熔点琼脂用于增加水的黏度，阻止麻醉的所述转基因突变的斑马鱼胚胎的运动，所述低熔点琼脂内含麻醉剂；所述转基因突变的斑马鱼胚胎在麻醉后，被吸入透明的FEP氟化乙丙烯管子，在成像前，弄伤尾巴，提供了一个炎症刺激，形成一个样本；高精度瞬时正交光学投影层析成像系统包括有：散射片、光学快门、激光器、旋转台、EF滤光片A，L1镜筒透镜A、可调光阑A、L2镜筒透镜A、CCD相机A、EF滤光片B、L1镜筒透镜B、可调光阑B、L2镜筒透镜B、CCD相机B、采集装置、电动控制快门、控制模块、光学感应模块、数据存储模块、匹配模块，查询模块；所述控制模块用Labview编程语言编程控制的部件有光学快门、旋转台、CCD相机A和CCD相机B，所述样本悬浮在一个装满水的容器里，将所述装满水的容器固定在所述旋转台上，用一个473nm，25mw所述激光器用作宽场激发；宽场激发出的荧光在所述CCD相机A、所述CCD相机B上成像；用L1套筒透镜A和L2套筒透镜A作为消色差双合透镜在正交投影角度通过所述激发滤光片A产生的合适的视场和放大率；用所述L1套筒透镜B和所述L2套筒透镜B作为消色差双合透镜在正交投影角度通过所述激发滤光片B产生的合适的视场和放大率；用所述分别位于L1套筒透镜A和L1套筒透镜B焦平面上的调节光阑A和调节光阑B，从而产生一个有效采集数值孔径，与所述透明的FEP氟化乙丙烯管子的内直径近似匹配；一个所述电动控制快门直接放置在所述激光器后避免投...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学娟，陈玲玲，阮双琛，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44