一种双通道分时曝光成像系统技术方案

本发明专利技术涉及神经科学和脑功能成像技术领域，具体涉及一种双通道分时曝光成像系统。通过光源装置分时交替输出双色光源，激发出样本大脑的双色荧光信号，再利用成像装置分别使各颜色的荧光信号进入对应的双通道，分别在不同的通道内拍摄一种荧光信号，解决了双色钙成像的信号串扰问题，提高了拍摄的影像的准确性，实现大视野全皮层与亚型细胞信息流的双色同步功能成像，为脑科学中尺度功能解析，解码大脑运算方式提供了新的研究工具。脑运算方式提供了新的研究工具。脑运算方式提供了新的研究工具。

【技术实现步骤摘要】
一种双通道分时曝光成像系统


[0001]本专利技术涉及神经科学和脑功能成像
，具体涉及一种双通道分时曝光成像系统。

技术介绍

[0002]脑的探索被认为是现代科学的终极疆域，而大脑被认为是高度交互的模块化结构，高级的行为与认知的实现需要多个脑区，甚至各大脑区的亚区间的信息流动。理解大脑的运作方式，需要收集中尺度的信息流动信息，不能简单地去研究单一脑区，而需要对多个脑区的同时记录。
[0003]近些年在神经科学研发出了宽场钙成像设备，宽场钙成像设备通过单光子的激发，同步记录大脑多区域的活动，该技术被称为是中尺度或介观水平功能成像。该技术虽不能达到单细胞水平分辨率，但优点是有足够的空间与时间分辨率来区分皮层亚区域间的交互。宽场成像有三种方式：1.固有信号，由神经元局部活动引起的血容量和氧合变化引起的光反射率的变化。2.荧光电压敏感染料。这两种信号由于信噪比不佳，捕捉皮层动态响应受限，不能广泛应用。3.宽场钙成像，近年来基因编码荧光蛋白的改进(特别是GCaMP家族)，因其对钙瞬变敏感及高信噪比，使宽场成像在神经科学中的应用发生了革命性的变化。
[0004]但大脑皮层的多模块加工，不只体现在脑区间的交互与流动，也因为各类细胞亚型的存在增加了其计算的维度。大脑皮层分布着各种类型的细胞，如胶质细胞和神经元的区分，神经元又分为抑制性和兴奋性的细胞，识别各类细胞的发放模式，从嘈杂的反应中分离出各亚型细胞的信息流动，比较不同类型细胞信息流的空间与时间尺度的区别，是理解大脑运作方式的关键问题。
[0005]传统的宽场钙成像只是单色成像模式下对GCaMP信号(绿色)的收集，没有细胞亚型的区分及信息，人们迫切需要双色成像技术，同步记录各亚型细胞间的信息交互与流动。借助于近年来基因编码的红色荧光蛋白的不断完善，使得实现红/绿双色标记和记录亚型细胞间的信息流动成为可能。但是，由于绿色钙信号的光谱范围较宽，且信号强，很容易串扰更弱的红色钙信号。通过滤光片进行区分的方法不能解决双色成像过程中的信号串扰问题，影响实验结果的准确性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种双通道分时曝光成像系统，提高准确性。
[0007]本专利技术采用的技术方案是，一种双通道分时曝光成像系统。
[0008]在第一种可实现方式中，一种双通道分时曝光成像系统，包括：
[0009]光源装置，用于将双色光源中的各色光源进行分时交替输出，通过双色光源分别激发样本大脑中的双色荧光信号；
[0010]物镜，位于样本大脑的正上方，双色光源通过物镜施加给样本大脑，还用于采集样
本大脑皮层产生的双色荧光信号；
[0011]成像装置，用于将物镜采集的双色荧光信号进行分离，使得分离后的各荧光信号进入对应的通道，并在各通道分时曝光时，拍摄通道内的荧光信号，获得样本大脑的影像；
[0012]数字触发装置，分别连接光源装置和成像装置，用于输出触发信号给光源装置和成像装置，触发信号用于控制光源装置的双色光源分时交替输出，触发信号还用于控制双通道的分时交替曝光。
[0013]结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，样本的大脑皮层中的预设脑区注射标记有荧光。
[0014]结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，光源装置包括：蓝光灯、黄光灯、第一准直透镜、第二准直透镜、蓝色滤光片、黄色滤光片、第一分色镜和第二分色镜：
[0015]蓝光灯发出的蓝光通过第一准直透镜到达蓝色滤光片，经蓝光滤光片过滤后的蓝光依次通过第一分色镜、第二分色镜和物镜；
[0016]黄光灯发出的黄光通过第二准直透镜到达黄色滤光片，经黄光滤光片过滤后的黄光依次通过第一分色镜、第二分色镜和物镜。
[0017]结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，蓝光灯和黄光灯为卤素灯、汞灯和LED灯中的任意一种，数字触发装置控制蓝光灯和黄光灯开关时，蓝光灯和黄光灯的响应时间小于1ms。
[0018]结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，物镜为空气镜，空气镜的数值孔径范围为0.1
‑
0.2，空气镜的放大倍数范围为1
‑
5倍，空气镜的物方视野大小的范围为4
‑
10mm。
[0019]结合第三种可实现方式，在第六种可实现方式中，成像装置包括：绿色通道相机、红色通道相机、绿色通道滤光片、红色通道滤光片和第三分色镜：
[0020]第三分色镜用于对物镜采集的动物大脑皮层的绿色荧光信号和红色荧光信号进行通道分离，分离出的绿色荧光信号经过绿色通道滤光片过滤后，由绿色通道相机进行拍摄，分离出的红色荧光信号经过红色通道滤光片过滤后，由红色通道相机进行拍摄。
[0021]结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，触发信号包括第一脉冲信号和第二脉冲信号；第一脉冲信号用于控制蓝光灯的照明和绿色通道相机的曝光，第二脉冲信号用于控制黄光灯的照明和红色通道相机的曝光。
[0022]结合第七种可实现方式，在第八种可实现方式中，第一脉冲信号处于高电平时，蓝光灯处于照明状态，绿色通道的相机处于曝光状态；第一脉冲信号处于低电平时，蓝光灯处于关闭状态，绿色通道的相机处于关闭状态。
[0023]结合第七种可实现方式，在第九种可实现方式中，第一脉冲信号与第二脉冲信号不同时为高电平，第一脉冲信号与第二脉冲信号的高电平交替出现，以实现双色光源的分时发射和相机的分时曝光。
[0024]结合第一种可实现方式，在第十种可实现方式中，还包括：
[0025]上位机，与数字触发装置连接，用于设置数字触发装置输出的触发信号的参数。
[0026]由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
[0027]1.通过光源装置分时交替输出双色光源，激发出样本大脑的双色荧光信号，再利用成像装置分别使各颜色的荧光信号进入对应的双通道，分别在不同的通道内拍摄一种荧
光信号，解决了双色钙成像的信号串扰问题，提高了拍摄的影像的准确性，实现大视野全皮层与亚型细胞信息流的双色同步功能成像，为脑科学中尺度功能解析，解码大脑运算方式提供了新的研究工具。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0029]图1为本实施例提供的一种双通道分时曝光成像系统的结构示意图；
[0030]图2为本实施例提供的第一脉冲信号和第二脉冲信号的信号频谱图；
[0031]附图标记：
[0032]1‑
光源装置，2
‑
成像装置，3
‑
数字触发装置，4
‑
物镜，5
‑
上位机，11
‑
蓝光灯，12
‑
黄光灯，13
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双通道分时曝光成像系统，其特征在于，包括：光源装置，用于将双色光源中的各色光源进行分时交替输出，通过双色光源分别激发样本大脑中的双色荧光信号；物镜，位于样本大脑的正上方，所述双色光源通过物镜施加给样本大脑，还用于采集样本大脑皮层产生的双色荧光信号；成像装置，用于将所述物镜采集的双色荧光信号进行分离，使得分离后的各荧光信号进入对应的通道，并在各通道分时曝光时，拍摄通道内的荧光信号，获得样本大脑的影像；数字触发装置，分别连接所述光源装置和所述成像装置，用于输出触发信号给所述光源装置和所述成像装置，所述触发信号用于控制所述光源装置的双色光源分时交替输出，所述触发信号还用于控制双通道的分时交替曝光。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样本的大脑皮层中的预设脑区注射标记有荧光。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源装置包括：蓝光灯、黄光灯、第一准直透镜、第二准直透镜、蓝色滤光片、黄色滤光片、第一分色镜和第二分色镜：所述蓝光灯发出的蓝光通过所述第一准直透镜到达所述蓝色滤光片，经所述蓝光滤光片过滤后的蓝光依次通过所述第一分色镜、所述第二分色镜和所述物镜；所述黄光灯发出的黄光通过所述第二准直透镜到达所述黄色滤光片，经所述黄光滤光片过滤后的黄光依次通过所述第一分色镜、所述第二分色镜和所述物镜。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蓝光灯和所述黄光灯为卤素灯、汞灯和LED灯中的任意一种，所述数字触发装置控制所述蓝光灯和所述黄光灯开关时，所述蓝光灯和所述黄光灯的响应时间小于1ms。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙辉，谌小维，赵智锴，唐晓晶，周镇乔，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：