一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统。本可穿戴式微型在体成像系统将自聚焦透镜植入实验动物组织内，由承载装置固定自聚焦透镜并固定于实验动物体表。LED光源发出的激发光依次经聚光透镜、激发光滤光片后由二向分色镜依次反射入物镜和自聚焦透镜，自聚焦透镜将激发光入射至实验动物待观测的组织或器官内形成成像光；物镜接收自聚焦透镜返回的成像光，并将成像光向上经二向分色镜透射到二向分色镜正上方的反射镜，再经滤光片和消色差透镜成像在CMOS相机上。本发明专利技术可在任意时间、实验动物任意生理状态下通过承载装置固定于动物身上或从动物身上取下，方便与实验人员在实验动物多种生理活动下的实验操作和显微成像观察。

A Wearable Micro in vivo Imaging System for Laboratory Animals

The invention discloses a wearable micro in vivo imaging system for experimental animals. The wearable miniature in vivo imaging system implants the self-focusing lens into the tissues of experimental animals. The self-focusing lens is fixed on the surface of experimental animals by a bearing device. The excitation light emitted by the LED light source is reflected into the objective lens and the self-focusing lens in turn by the dichroic lens after the focusing lens and the excitation filter. The self-focusing lens incident the excitation light into the tissues or organs to be observed in the experimental animals to form the imaging light. The objective receives the imaging light returned from the self-focusing lens and transmits the imaging light upward through the dichroic mirror to the upper side of the dichroic lens. Reflectors are then imaged on CMOS cameras through filters and achromatic lenses. The invention can be fixed on or removed from an animal through a loading device at any time and under any physiological state of an experimental animal, and is convenient for experimental operation and microscopic imaging observation under various physiological activities of an experimental animal by an experimenter.

【技术实现步骤摘要】
一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统
本专利技术涉及了荧光成像的方法和系统，尤其是一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统。
技术介绍
生物成像技术可在组织及细胞水平上对生物体的生理状态和病理变化给出直观和准确的图像信息。在基础医学领域，研究者们多使用小鼠、大鼠等模式动物等结合成像技术探索组织器官生理功能和疾病的发生与发展。现阶段基础医学研究中常用的成像手段为组织切片显微荧光成像技术，即对死亡生物样本固定切片后在宽场荧光显微镜或荧光共聚焦显微镜下得到成像结果。但是此种成像方式只能观测到生物体死亡后的样本，无法展现生物体活体状态下的生理状态。在基础医学其他常用的成像手段也包括小动物CT成像，MRI成像以及双光子成像。相较于组织切片显微荧光成像，上述方法能够对活体小动物进行成像观测，但是因成像原理的限制，其分辨率和成像色彩上受限较大，且仅能在生物体麻醉状态下进行成像而非自由活动状态下进行成像。因此随着生物成像技术在基础医学领域上逐步占有更加重要的地位，小动物在体成像技术也需更进一步的发展。现阶段急需一种使用方便的微型小动物可穿戴式在体成像系统，即能实现荧光显微技术的高分辨率多色彩的成像方法，也能够使得生物体在自由运动的过程中实时得到成像结果。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统，其能在生物体任何生理状态下实现荧光显微成像。本专利技术的技术方案如下：微型在体成像系统穿戴于实验动物身上，对实验动物待观测的特定组织器官的进行成像；微型在体成像系统包括自聚焦透镜、承载装置和微型成像装置，自聚焦透镜沿光轴方向的下部植入实验动物待观测的组织或器官内，自聚焦透镜沿光轴方向的上部暴露于空气中并固定于承载装置的下部，自聚焦透镜为细长圆柱体，细长圆柱体自上而下的中心轴为光轴。承载装置固定在实验动物的体表，承载装置的上部连接微型成像装置，微型成像装置的空腔内自下而上依次固定有二向分色镜和反射镜，邻近二向分色镜的一侧沿水平方向依次设有激发光滤光片、聚光透镜和LED光源，二向分色镜相对于激发光滤光片倾斜45度布置，邻近反射镜的一侧沿水平方向依次设有滤光片、消色差透镜和CMOS相机，反射镜相对于滤光片倾斜45度布置。微型成像装置底部的中心开有贯通至空腔的通孔，通孔内装有物镜，物镜的光轴与自聚焦透镜的光轴同轴布置。LED光源发出的激发光依次经聚光透镜、激发光滤光片后由二向分色镜依次反射入物镜和自聚焦透镜，自聚焦透镜将激发光入射至实验动物待观测的组织或器官内形成成像光；物镜接收自聚焦透镜返回的成像光，并将成像光向上经二向分色镜透射到二向分色镜正上方的反射镜，再经滤光片和消色差透镜成像在CMOS相机上。所述的承载装置包括平板和套筒，套筒上端的内壁面加工有内螺纹，套筒的下端固定在平板的中心并贯通平板，微型成像装置为带有空腔的圆柱体，圆柱体下端的外壁面加工有用于与内螺纹配合的外螺纹，微型成像装置通过螺纹连接在套筒上。所述的套筒为圆柱套筒，圆柱套筒沿直径方向的两端上分别开有定位孔，两个螺钉分别穿过两个定位孔共同卡持自聚焦透镜的上部，使自聚焦透镜固定在承载装置上。所述的平板为薄平板，薄平板中心的两侧对称开有用以配合安装固定件的固定孔，承载装置通过固定件固定在实验动物的体表，固定件包括颅骨钉或牙科水泥。所述的LED光源和CMOS相机均连接到驱动电路板上，微型成像装置的顶部开有用于电缆伸出的孔，驱动电路板通过电缆连接到计算机，驱动电路板控制CMOS相机将成像后的图像信号传输到计算机上。本系统的可穿戴是指本系统的微型成像装置能够在任意时间以及实验动物的任意生理状态下固定于实验动物上或从实验动物取下。本专利技术通过将微型成像装置旋入承载装置，即可完成成像装置物镜与自聚焦透镜的光路耦合，整个过程将对实验动物的影响降到最低，也降低对成像情况的影响。微型成像系统允许实验动物长期佩戴成像设备承载装置自由活动，并且可以在活体动物自由运动情况下脑内成像。从而实现活体成像检测。本专利技术的有益效果是：本专利技术系统自重较轻，配重对称，可以固定于实验动物身上而不影响实验动物的自由活动，实现活体成像检测，由此进行相对较大范围的行为学实验。本专利技术系统使用简单，不需要专门训练就能快速上手。本专利技术系统运用荧光显微术的方法，可以实现活体动物在自由运动情况下脑内成像，方便与实验人员在实验动物多种生理活动下的实验操作和显微成像观察。附图说明图1是本专利技术实验动物可穿戴式微型在体成像系统整体装配图图2是本专利技术承载装置图3是本专利技术微型成像装置剖视图图中，自聚焦透镜1、承载装置2、微型成像装置3、螺钉4、内螺纹5、套筒6、平板7、固定孔8、定位孔9、外螺纹10、LED光源11、聚光透镜12、激发光滤光片13、二向分色镜14、物镜15、反射镜16、滤光片17、消色差透镜18、CMOS相机19、驱动电路板20、电缆21。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术微型在体成像系统穿戴于实验动物身上，对实验动物待观测的特定组织器官的进行成像。特定组织器官的包括但不限于如脑组织、肝脏、脊椎和皮肤等。本系统的可穿戴是指本系统的微型成像装置3能够在任意时间以及实验动物的任意生理状态下固定于实验动物上或从实验动物取下。具体实施中，实验动物包括且不限于常用实验动物如小鼠、大鼠、豚鼠和猴子等；系统成像时动物的生理状态包括且不限于自由活动、麻醉和死亡等状态。如图1所示，自聚焦透镜1沿光轴方向的下部植入实验动物待观测的组织或器官内，自聚焦透镜1沿光轴方向的上部暴露于空气中并固定于承载装置2的下部，自聚焦透镜1为细长圆柱体，细长圆柱体自上而下的中心轴为光轴。具体实施中，根据所使用的实验动物及所观测的组织器官不同选取自聚焦透镜1的长度以及数值孔径(NA)值。如图1、图3所示，承载装置2固定在实验动物的体表，承载装置2的上部连接微型成像装置3，微型成像装置3的空腔内自下而上依次固定有二向分色镜14和反射镜16，邻近二向分色镜14的一侧沿水平方向依次设有激发光滤光片13、聚光透镜12和LED光源11，二向分色镜14相对于激发光滤光片13倾斜45度布置，邻近反射镜16的一侧沿水平方向依次设有滤光片17、消色差透镜18和CMOS相机19，反射镜16相对于滤光片17倾斜45度布置；具体实施中，微型成像装置3的内部光路的实体配重基本对称。即CMOS相机19与LED光源11分布于空腔的两侧，反光镜16与二向分色镜14分布于空腔的中心轴向上，用于转置成像光至CMOS及光源光至物镜。LED光源11采用小功率LED灯作为光源，功率约为2.56mW～5.50mW，具备功率小，能耗低和使用寿命长等优点。微型成像装置3底部的中心开有贯通至空腔的通孔，通孔内装有物镜15，物镜15的光轴与自聚焦透镜1的光轴同轴布置，从而保证微型成像装置3能与植入实验动物的自聚焦透镜1快速对准。具体实施中，微型成像装置3的主体为圆柱形，固定于承载装置上通过植入动物内的自聚焦透镜完成成像。微型成像装置3的材料包括但不限于塑料、3D打印材料等，配合安装各光路零件后整个装置总重不超过3g。微型成像装置高约15-50mm，底面半径约5-35mm，呈圆柱状，物镜15与装置同轴且位于整个装置最底部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统，其特征在于：微型在体成像系统穿戴于实验动物身上，对实验动物待观测的特定组织器官的进行成像；微型在体成像系统包括自聚焦透镜(1)、承载装置(2)和微型成像装置(3)，自聚焦透镜(1)沿光轴方向的下部植入实验动物待观测的组织或器官内，自聚焦透镜(1)沿光轴方向的上部固定于承载装置(2)的下部；承载装置(2)固定在实验动物的体表，承载装置(2)的上部连接微型成像装置(3)，微型成像装置(3)的空腔内自下而上依次固定有二向分色镜(14)和反射镜(16)，邻近二向分色镜(14)的一侧沿水平方向依次设有激发光滤光片(13)、聚光透镜(12)和LED光源(11)，二向分色镜(14)相对于激发光滤光片(13)倾斜45度布置，邻近反射镜(16)的一侧沿水平方向依次设有滤光片(17)、消色差透镜(18)和CMOS相机(19)，反射镜(16)相对于滤光片(17)倾斜45度布置；微型成像装置(3)底部的中心开有贯通至空腔的通孔，通孔内装有物镜(15)，物镜(15)的光轴与自聚焦透镜(1)的光轴同轴布置；LED光源(11)发出的激发光依次经聚光透镜(12)、激发光滤光片(13)后由二向分色镜(14)依次反射入物镜(15)和自聚焦透镜(1)，自聚焦透镜(1)将激发光入射至实验动物待观测的组织或器官内形成成像光；物镜(15)接收自聚焦透镜(1)返回的成像光，并将成像光向上经二向分色镜(14)透射到二向分色镜(14)正上方的反射镜(16)，再经滤光片(17)和消色差透镜(18)成像在CMOS相机(19)上。...

【技术特征摘要】
1.一种实验动物可穿戴式微型在体成像系统，其特征在于：微型在体成像系统穿戴于实验动物身上，对实验动物待观测的特定组织器官的进行成像；微型在体成像系统包括自聚焦透镜(1)、承载装置(2)和微型成像装置(3)，自聚焦透镜(1)沿光轴方向的下部植入实验动物待观测的组织或器官内，自聚焦透镜(1)沿光轴方向的上部固定于承载装置(2)的下部；承载装置(2)固定在实验动物的体表，承载装置(2)的上部连接微型成像装置(3)，微型成像装置(3)的空腔内自下而上依次固定有二向分色镜(14)和反射镜(16)，邻近二向分色镜(14)的一侧沿水平方向依次设有激发光滤光片(13)、聚光透镜(12)和LED光源(11)，二向分色镜(14)相对于激发光滤光片(13)倾斜45度布置，邻近反射镜(16)的一侧沿水平方向依次设有滤光片(17)、消色差透镜(18)和CMOS相机(19)，反射镜(16)相对于滤光片(17)倾斜45度布置；微型成像装置(3)底部的中心开有贯通至空腔的通孔，通孔内装有物镜(15)，物镜(15)的光轴与自聚焦透镜(1)的光轴同轴布置；LED光源(11)发出的激发光依次经聚光透镜(12)、激发光滤光片(13)后由二向分色镜(14)依次反射入物镜(15)和自聚焦透镜(1)，自聚焦透镜(1)将激发光入射至实验动物待观测的组织或器官内形成成像光；物镜(15)接收自聚焦透镜(1)返回的成像光，并将成像光向上经二向分色镜(14)透射到二向分色镜(14)正上方的反射镜(16)，再经滤光片(17)和消色差透镜(18)成像在CMOS相机(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚薇，斯科，武泽楠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33