微型化多光子显微系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种微型化多光子显微系统，该系统包括：激光输入光纤，扫描仪，物镜，荧光信号输出光纤以及可移除的轴向扫描模块，所述轴向扫描模块可装配在所述激光输入光纤和所述扫描仪之间。轴向扫描模块的设置，使得该微型化多光子显微系统能够对活体的内部组织进行轴向扫描，同时，因为轴向扫描模块设置在激光输入光纤和扫描仪的光路上，该轴向扫描模块的移除不影响微型化多光子显微系统对活体的内部组织进行平面扫描。

【技术实现步骤摘要】
微型化多光子显微系统
本申请涉及多光子成像
，特别是涉及一种微型化多光子显微系统。
技术介绍
在自由活动的动物中直接记录其神经元活动是研究动物行为与神经功能之间的关系最直接有效的方法之一。而微型多光子显微成像装置凭借其良好的光学切片能力、较深的穿透深度以及较轻的重量成为对神经元观测中最重要和最广泛使用的工具。然而，现有的微型化多光子显微系统只能对确定工作距离(成像深度)的像面进行成像。如何实现对不同工作距离(成像深度)的像面进行成像，是目前神经成像领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术提供一种微型化多光子显微系统，包括：激光输入光纤，用于接收激光；扫描仪，位于所述输入光纤的输出端，用于利用所述激光对内部组织进行平面扫描；物镜，位于所述扫描仪的输出端，用于将所述激光汇聚至所述内部组织；荧光信号输出光纤，用于输出所述激光输入所述内部组织之后激发出的荧光信号；所述微型化多光子显微系统还包括：可移除的轴向扫描模块，所述轴向扫描模块可装配在所述激光输入光纤和所述扫描仪之间，所述轴向扫描模块依次包括变焦器件、光学系统，所述变焦器件用于利用所述激光对所述内部组织进行轴向扫描，所述光学系统的设置使所述变焦器件的实际变焦位置与所述扫描仪的位置重合，或使所述实际变焦位置处于所述变焦器件的位置和所述扫描仪的位置之间。可选地，微型化多光子显微系统还包括：准直镜，位于所述激光输入光纤和扫描仪之间，用于对所述激光进行准直。可选地，所述光学系统包括焦距相同的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜位于所述变焦器件和所述第二透镜之间，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述扫描仪之间，所述第一透镜和所述第二透镜形成4f系统。可选地，所述变焦器件的原始变焦位置到所述第一透镜的距离小于或等于所述第一透镜的焦距。可选地，所述变焦器件为液体变焦透镜。可选地，所述扫描仪为微机电扫描仪。可选地，微型化多光子显微系统还包括：探头；支架，用于固定所述探头，且与所述探头可拆式连接。可选地，微型化多光子显微系统还包括：连接板，与所述支架永久固定在一起，所述连接板用于与待观测活体连接。可选地，微型化多光子显微系统还包括：载波片，设置在所述连接板的底部；所述连接板还包括窗片，设置在所述载波片的上方。可选地，所述连接板还包括：安装孔，用于将所述连接板安装在所述待观测活体上。本申请的实施例在激光输入光纤和扫描仪之间设置可移除的轴向扫描模块，使得该微型化多光子显微系统能够对活体的内部组织进行轴向扫描。同时，由于轴向扫描模块设置在激光输入光纤与扫描仪的光路上，将该轴向扫描模块移除之后，该微型化多光子显微系统只是去掉了轴向扫描功能，并不影响微型化多光子显微系统对活体的内部组织进行平面扫描。附图说明图1是现有微型化多光子显微系统示意图。图2是本申请实施例提供的微型化多光子显微系统示意图。图3是本申请实施例提供的一个可变焦的微型化多光子显微系统中的光学系统的示意图。图4是将本申请实施例提供的一种将微型化多光子显微系统固定在小鼠头部的示意图。图5是本申请实施例提供的微型化多光子显微系统另一示意图。图6是本申请实施例提供的一种微型化多光子显微系统固定在可自由活动的小鼠头部的示意图及其观测结果图。图7是对小鼠头部同一位置进行为期一个月的观察的神经元变化图。图8是小鼠在三种不同情况下的活动轨迹图及其运动距离和运动速度的对比图。具体实施方式多光子成像技术具有更好的光学切片能力和更深的穿透深度，因此，微型化多光子显微系统广泛应用于对神经元的观察。为便于理解，下面结合图1，对现有微型化多光子显微系统进行举例说明。激光输入光纤1，用于接收激光并将其导入到微型化多光子显微系统内。可选地，激光可以是中心波长为800nm、920nm、1030nm的激光。扫描仪4，位于所述输入光纤1的输出端，通过改变激光入射角角度，对活体的内部组织平面进行二维平面扫描。其中平面扫描指的是在活体的内部组织某一固定深度的XY平面进行扫描。可选地，扫描仪4可采用微机电扫描仪(MEMS)。MEMS可高速、均匀地进行扫描，且具有大扫描角和大视野。扫描透镜5设置在扫描仪4和物镜6之间的光路上，用于将扫描仪4二维扫描所产生的角度变化的光线转化成位置变化的光线。物镜6用于将导入的光线汇聚到活体的内部10，从而激发活体的内部10产生荧光信号。物镜6还用于输出荧光信号。双色镜7设置在物镜6和采集透镜8之间的光路上，用于将激光和荧光信号分开以及输出荧光信号。采集透镜8用于有效收集透过双色镜7的荧光信号。荧光信号输出光纤9用于接受通过采集透镜8的荧光信号，并输出荧光信号。可选地，荧光信号输出光纤9可以为一种柔性光纤束(SFB)，SFB内各玻璃光纤保持松散状态，以便于被自由活动的活体携带，进而最小化活体运动引起的扭矩和张力，且不降低荧光信号的收集效率。上文所述的现有微型化多光子显微系统只能对确定工作距离(成像深度)的像面进行成像。如何实现对不同工作距离(成像深度)的像面进行成像，是目前神经成像领域亟待解决的问题。针对上述问题，本申请提供一种微型化多光子显微系统。作为一种实现方式，如图2所示，设置轴向扫描模块3。轴向扫描模块3依次可以包括变焦器件31。变焦器件31用于利用所述激光对所述内部组织进行轴向扫描，进而实现对不同工作距离(成像深度)的像面进行成像。其中轴向的扫描指的是在待观测活体内部组织的Z轴方向上不同位置的扫描。但是，仅使用变焦器件31的可移除的轴向扫描模块3的变焦性能并不理想，原因如下。在理想情况下，经过变焦器件31的光线的变焦位置应与扫描仪4的位置重合，以达到最佳的变焦性能。受限于变焦器件31自身的封装体积，且变焦器件31实际安装在激光输入光纤1和扫描仪4之间，因此实际光线产生变焦的位置与扫描仪4的位置会存在一定间距Δ。而该间距Δ会带来两方面负面影响：其一，由于变焦过程中成像的数值孔径会随着变焦量的变化而变化，所以当变焦器件31引入正光焦度时，成像的数值孔径会相应的压缩，进而造成分辨率下降。随着间距Δ的增加，数值孔径的压缩会越来越严重。其二，若实际光线变焦位置与扫描仪4所在位置重合，变焦器件3的光焦度与工作距离(成像深度)是线性的对应关系。但当存在间距Δ时，该对应关系转为非线性对应关系，即不同区间的等量光焦度变化会带来不同的工作距离变化。因此，为了在成像时精确控制对焦位置，变焦器件31的光焦度参数需要进行非线性标定，以得到对应的位置关系，这增加了对焦过程的复杂性。因此，在轴向扫描模块3内还可以设置光学系统32。光学系统32将原本距离扫描仪4较远的变焦器件31的原始变焦位置转换到扫描仪4附近的实际变焦位置处，从而减小上述间距Δ，进而减小变焦所引起的数值孔径压缩和光焦度与对焦位置对应关系非线性的问题。需要说明的是，原始变焦位置指的是不设置光学系统32时，变焦器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型化多光子显微系统，其特征在于，包括：/n激光输入光纤，用于接收激光；/n扫描仪，位于所述输入光纤的输出端，用于利用所述激光对内部组织进行平面扫描；/n物镜，位于所述扫描仪的输出端，用于将所述激光汇聚至所述内部组织；/n荧光信号输出光纤，用于输出所述激光输入所述内部组织之后激发出的荧光信号；/n所述微型化多光子显微系统还包括：/n可移除的轴向扫描模块，所述轴向扫描模块可装配在所述激光输入光纤和所述扫描仪之间，所述轴向扫描模块依次包括变焦器件、光学系统，所述变焦器件用于利用所述激光对所述内部组织进行轴向扫描，所述光学系统的设置使所述变焦器件的实际变焦位置与所述扫描仪的位置重合，或使所述实际变焦位置处于所述变焦器件的位置和所述扫描仪的位置之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种微型化多光子显微系统，其特征在于，包括：
激光输入光纤，用于接收激光；
扫描仪，位于所述输入光纤的输出端，用于利用所述激光对内部组织进行平面扫描；
物镜，位于所述扫描仪的输出端，用于将所述激光汇聚至所述内部组织；
荧光信号输出光纤，用于输出所述激光输入所述内部组织之后激发出的荧光信号；
所述微型化多光子显微系统还包括：
可移除的轴向扫描模块，所述轴向扫描模块可装配在所述激光输入光纤和所述扫描仪之间，所述轴向扫描模块依次包括变焦器件、光学系统，所述变焦器件用于利用所述激光对所述内部组织进行轴向扫描，所述光学系统的设置使所述变焦器件的实际变焦位置与所述扫描仪的位置重合，或使所述实际变焦位置处于所述变焦器件的位置和所述扫描仪的位置之间。


2.根据权利要求1所述的微型化多光子显微系统，其特征在于，还包括：
准直镜，位于所述激光输入光纤和扫描仪之间，用于对所述激光进行准直。


3.根据权利要求1所述的微型化多光子显微系统，其特征在于，所述光学系统包括焦距相同的第一透镜和第二透镜；
所述第一透镜位于所述变焦器件和所述第二透镜之间，所述第二透镜位于所述第一透镜和所述扫描仪之间，所述第一透镜和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴润龙，程和平，王爱民，陈良怡，吴丹磊，胡炎辉，宗伟健，
申请(专利权)人：南京超维景生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32