自由活动动物的头载内窥显微成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种自由活动动物的头载内窥显微成像装置，照明单元用于产生激发光；探头可插入自由活动动物的颅骨，激发光通过其照射待测区域，并探测待测区域的信号光；成像单元用于接收信号光，并对待测区域成像；支撑镜体可固定于自由活动动物的颅骨，用于分离激发光与信号光，并不可拆分地支撑探头、成像单元与照明单元。通过上述功能部件与结构部件融合的方式，本实用新型专利技术能够使成像装置得到简化，从而降低成本，减少成像装置的体积和重量，减轻对动物活动的影响，并可以在以小鼠为例的小动物头部合理的同时安装多套成像装置。

Head-borne Endoscopic Microscopic Imaging Device for Free-moving Animals

【技术实现步骤摘要】
自由活动动物的头载内窥显微成像装置
本技术涉及一种光学成像装置，特别是一种体积小、重量轻，能够安装在动物头部，在其处于清醒活动状态对大脑进行功能成像的自由活动动物的头载内窥显微成像装置。
技术介绍
脑功能光学成像是一直是神经科学研究领域一种极为重要的方法。早年这些成像大多数是在已经麻醉处理过并且固定在实验台上的小动物身上进行的。鉴于药物麻醉会给实验动物的神经活动带来一定的影响，而这种影响可能会进一步影响研究者通过光学成像的方法得到的研究结果，甚至会制约某一个研究方向的发展，一些研究者开始尝试用可以在清醒活动的实验动物身上进行脑功能光学成像的装置。现有技术的一种方案将试验小动物的头部紧密固定在成像装置下方，保证成像时观测区域不会随着小动物身体的活动而发生相应变化；另一个是支撑小动物躯体的浮球，可以随小动物四肢的活动而自由滚动，同时球心位置不发生变化，这样可以实现小动物在头部被固定的情况下躯体和四肢进行一定程度的活动。这种方案可以使用多数成熟的成像设备，可以获得较好的成像效果，但是这种装置只能使小动物做受限制的活动，只能帮助研究者在一定程度上实现对活动小动物进行脑功能观测。完全不固定小动物的成像大致通过两类方案实现。其一是光纤传导式，即通过传像光纤束或单根光纤导出观测区域的光信号并在离体的成像设备上成像；另一种则是利用小型化的CMOS成像传感器直接在小动物头部完成成像然后输出图像信号，相当于在小动物头部安置了一台微型化的显微镜。这种方案成本较低，设备体积重量较小，对动物的自由活动影响不大。以目前市场上inscopix公司的产品为例，不计电源、传输线等，头载设备的尺寸为8.8x15x22毫米，重1.8克。然而，通常认为，常用模式动物小鼠头部最大可以承受的重量只有3克，可供植入探头的区域不过20x20毫米。这个装置对于小鼠而言仍然过于笨重，会导致小鼠的活动与自由情形仍有较大差别。同时，无论从体积上，还是重量上，小鼠都难以承受多于一套这种装置，因此无法同时研究多脑区脑活动，如其相关性的研究。现有技术过于笨重的一个重要原因是在核心的功能元件如探头、荧光滤镜、二相色镜等之外，添加了各种支撑固定用的结构部件。这些部件的体积、重量常常大于真正的核心功能部件。同时，现有技术采用了植入探头与主镜体分离的结构，需要额外的连接、固定考虑，也增加了不必要的体积和重量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术提供了一种自由活动动物的头载内窥显微成像装置，以解决现有技术存在的体积大、重量沉、成像对象难以承受多套成像装置的技术问题。(二)技术方案本技术提供了一种种自由活动动物的头载内窥显微成像装置，包括：照明单元，用于产生激发光；探头，可插入所述自由活动动物的颅骨，所述激发光通过其照射待测区域，并探测所述待测区域的信号光；成像单元，用于接收所述信号光，并对所述待测区域成像；支撑镜体，可固定于所述自由活动动物的颅骨，用于分离所述激发光与信号光，并不可拆分地支撑所述探头、成像单元与照明单元。在本技术的一些实施例中，所述支撑镜体包括：第一直角棱镜和第二直角棱镜，二者的斜面镀或贴二向色膜，并相对粘合成一个立方体，形成一个内置的二相色镜。在本技术的一些实施例中，第一直角棱镜的上直角面镀或贴信号光滤膜；第二直角棱镜的斜面镀或贴二向色膜，其第一直角面镀或贴激发光滤膜，第二直角面镀或贴激发光滤膜和信号光滤膜。在本技术的一些实施例中，第一直角棱镜和第二直角棱镜的非功能表面由光密材料包裹，以遮蔽激发光和信号光。在本技术的一些实施例中，所述探头包括梯度折射率透镜或者光纤束。在本技术的一些实施例中，所述成像单元包括：CMOS感光传感器；所述梯度折射率透镜为0.3或0.8截距。在本技术的一些实施例中，所述成像单元包括：光学放大装置和CMOS感光传感器。在本技术的一些实施例中，所述光学放大装置包括：调焦机构和两片相对设置的平凸透镜，两片平凸透镜由硬橡胶环隔开，靠近所述CMOS感光传感器的为上片平凸透镜，调焦机构通过施加在上片平凸透镜上不同的压力进行聚焦微调。在本技术的一些实施例中，所述CMOS感光传感器表面镀或贴信号光滤膜。在本技术的一些实施例中，所述照明单元包括一个荧光激发用的LED作为光源；或者，所述照明单元用光纤导入外部光源的激发光。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术的自由活动动物的头载内窥显微成像装置具有以下有益效果：头载内窥显微成像装置采用功能部件与结构部件融合的方式，使装置得到简化，从而降低了装置成本，减少了装置的体积和重量，减轻了装置对动物活动的影响，并可以在以小鼠为例的小动物头部合理的同时安装多套系统。附图说明图1为本技术实施例的自由活动动物的头载内窥显微成像装置的结构示意图。【符号说明】1-探头；2-第一直角棱镜；3-第二直角棱镜；4、5、6、7-光学密封片；8-光纤准直器；9-成像单元。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所熟知的方式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。本技术的核心目的为减少自由活动动物的头载内窥显微成像装置的体积和重量。围绕这一目的采用一系列技术手段的组合，包括功能部件与结构部件融合、减少不必要的可分离结构。本技术的应用举例以小鼠为例进行动物脑活动成像实验，但本技术同样可以应用于其它部位成像、不同动物各部位成像以至针对包括人在内的包括非实验目的的成像。本技术实施例的自由活动动物的头载内窥显微成像装置，如图1所示，头载内窥显微成像装置用于成像小鼠颅内约4毫米深处的中枢脑区的绿色荧光信号。头载内窥显微成像装置包括：探头1、支撑镜体、成像单元9以及照明单元，其中支撑镜体用于分离激发光与信号光，并支撑探头1、成像单元9与照明单元，探头1、成像单元9、照明单元不可拆分地固定于支撑镜体。探头1选用1毫米直径的梯度折射率透镜(grinlens)，约为0.48截距，或者光纤束，用于激发和探测动物体内待测区域的信号光。当探头1插入动物颅骨时，可将探头1前约50微米处的神经元活动中继成像至探头1后表面附近。支撑镜体为头载内窥显微成像装置的主体结构，包括一对边长2毫米的直角棱镜：第一直角棱镜2和第二直角棱镜3。两个直角棱镜的斜面镀膜，并相对粘合成一个立方体，形成一个内置的二相色镜。具体来说，第一直角棱镜2的上直角面镀信号光(绿色荧光)滤膜。第二直角棱镜3的斜面镀二向色膜，其第一直角面镀激发光滤膜，第二直角面镀激发光滤膜和信号光滤膜。支撑镜体具有足够高的机械强度，使之可以成为其它部件的结构核心。第一直角棱镜2的上直角面、第二直角棱镜3的第一直角面(激发光导入表面)和第二直角面均为功能表面，二者的其他表面均为非功能表面。使用光密材料包裹第一直角棱镜2和第二直角棱镜3的非功能表面，以遮蔽激发光和信号光。所述光密材料可以是光学密封片4、5、6、7，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由活动动物的头载内窥显微成像装置，其特征在于，包括：照明单元，用于产生激发光；探头，可插入所述自由活动动物的颅骨，所述激发光通过其照射待测区域，并探测所述待测区域的信号光；成像单元，用于接收所述信号光，并对所述待测区域成像；支撑镜体，可固定于所述自由活动动物的颅骨，用于分离所述激发光与信号光，并不可拆分地支撑所述探头、成像单元与照明单元。

【技术特征摘要】
1.一种自由活动动物的头载内窥显微成像装置，其特征在于，包括：照明单元，用于产生激发光；探头，可插入所述自由活动动物的颅骨，所述激发光通过其照射待测区域，并探测所述待测区域的信号光；成像单元，用于接收所述信号光，并对所述待测区域成像；支撑镜体，可固定于所述自由活动动物的颅骨，用于分离所述激发光与信号光，并不可拆分地支撑所述探头、成像单元与照明单元。2.如权利要求1所述的自由活动动物的头载内窥显微成像装置，其特征在于，所述支撑镜体包括：第一直角棱镜和第二直角棱镜，二者的斜面镀或贴二向色膜，并相对粘合成一个立方体，形成一个内置的二相色镜。3.如权利要求2所述的自由活动动物的头载内窥显微成像装置，其特征在于，第一直角棱镜的上直角面镀或贴信号光滤膜；第二直角棱镜的斜面镀或贴二向色膜，其第一直角面镀或贴激发光滤膜，第二直角面镀或贴激发光滤膜和信号光滤膜。4.如权利要求3所述的自由活动动物的头载内窥显微成像装置，其特征在于，第一直角棱镜和第二直角棱镜的非功能表面由光密材料包裹，以遮蔽激发光和信号光。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝清源，毕国强，刘北明，王浩，薛峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34