压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置，包括光源与扩束系统

【技术实现步骤摘要】
压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置


[0001]本专利技术涉及近红外二区荧光显微成像领域，具体涉及一种压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置
。

技术介绍

[0002]荧光成像技术作为一种非电离辐射的光学成像技术，通过荧光标记试剂或荧光抗体等对原本无法直接观察的对象进行可视化标记，具有无放射毒性
、
灵敏度高
、
可多色标记等诸多优势，能够实现对细胞或蛋白质的形态或结构，以及生命活动等的直接观测，已发展为现代生命科学研究领域重要的成像技术之一
。
荧光在生物介质中传播时，吸收衰减和耗散扰动作为影响荧光能量和成像信背比的关键制约因素，是研究者们重点关注的问题：一方面，吸收衰减的程度决定了成像系统捕捉荧光信号的强度；另一方面，耗散扰动的强弱决定了场景成像的清晰程度
。
此外，生物分子自身的自发荧光信号也不可避免地会被成像系统收集，影响最终成像结果
。
因此，在生物荧光成像领域，寻找一个光子吸收弱且光散射能够尽可能被抑制的成像波段对于实现高质量荧光成像显得尤为重要
。
[0003]从发射荧光的光谱范围来看，传统的荧光成像技术主要集中在可见光和近红外一区波段
。
在早期以体外诊断或细胞成像为主要目的的研究中，传统的可见光波段荧光探针即可满足要求，且基于
CCD
和
CMOS
技术的探测器在该波段具有超高的量子效率和动态范围，为成像提供了重要保障
。
随着科学研究的不断深入，研究人员对于诸如活体生物原位微环境的生物学机制等的成像需求越来越强烈，但由于生物体内不同组织对激发光和发射光均有不同程度的散射和吸收，导致可见光波段的荧光成像在穿透深度和成像分辨率方面都面临着瓶颈
。
与前者相比，
NIR
‑
I
荧光成像具有光子散射小，组织吸收低和自发荧光弱等特点，在穿透深度和成像质量方面具有显著优势，因此迅速成为生物医学成像领域的研究热点，并已实现临床应用
。
近年来大量研究成果表明，当荧光波长拓展至近红外二区
(NIR
‑
II
，
900
‑
1880nm)
，光子散射和光子吸收水平会进一步降低，与此同时组织的自发荧光也会进一步减小，使得
NIR
‑
II
荧光成像的穿透深度可达数厘米，空间分辨率达到微米量级，同时获得更高的信背比和保真度
。
因此，该波段也被认为是几近完美的生物医学成像窗口
。
得益于不同领域的研究者们围绕这一研究方向在荧光探针设计和合成
、
成像功能革新和完善，以及治疗诊断应用等方面的研究成果，
NIR
‑
II
荧光成像已在生物医学基础研究和临床转化方面展现出非常广阔的应用前景
。
[0004]具有高量子产率和生物相容性的新型荧光探针能够极大促进近红外二区荧光成像在活体成像研究中的应用，而在成像速度方面，具有高时空分辨的探测手段的重要性同样不言而喻
。
目前市面上与科研领域近红外二区显微系统成像速度都受到相机带宽限制，其成像速度依然还限制在几十帧每秒的程度，距离超高速过程的成像观测要求还有很大差距
。
因此，研发具备超高速成像能力的近红外二区荧光显微成像系统具有广阔的应用前景和发展空间
。
[0005]基于压缩感知的孔径编码时域压缩成像技术
CACTI
，能够通过光学编码方式，实现
信号的稀疏采样，通过将不同时刻信息加载不同的随机编码，然后通过相机单次曝光积分成像，实现信号压缩
。
再结合基于深度学习的计算重构算法，利用压缩感知与图像先验知识，实现动态场景的超高速显微图像还原，突破了相机成像速度限制，同时避免了海量数据传输
、
存储导致的难以实现多帧实时成像的问题
。
将
CACTI
技术引入
NIR
‑
II
荧光显微，在突破奈奎斯特采样定理的前提下实现超高速宽场成像，可突破现有红外相机的采集速率和传输带宽限制
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置
。
将压缩感知原理与孔径编码技术引入近红外二区荧光显微成像领域，利用动态成像目标的稀疏特性，通过时域压缩采样的方式，在每次图像采集中将动态图像数据压缩采集，并利用基于压缩感知原理的图像重建算法，将近红外二区荧光动态过程还原，突破了红外相机本身硬件速度的限制
。
[0007]实现本专利技术目的的具体技术方案是：
[0008]一种压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置，它包括：
[0009]一个由连续激光器
、
扩束镜组成的光源与扩束系统；
[0010]所述光源与扩束系统的连续激光器
、
扩束镜依次光路连接；
[0011]一个由样品台
、
物镜
、
二向色镜及第一透镜构成的宽场荧光显微系统；
[0012]所述宽场荧光显微系统的二向色镜将光路分为两路；二向色镜反射的一路与物镜
、
样品台依次光路连接；二向色镜透射的一路与第一透镜光路连接；
[0013]一个由第二透镜
、
第一反射镜
、
体式物镜
、
数字微镜器件
、
第三透镜
、
第四透镜
、
第二反射镜
、
第三反射镜
、
直角棱镜反射镜及
InGaAs
铟镓砷红外相机构成的互补双通道孔径编码时域压缩成像系统；
[0014]所述互补双通道孔径编码时域压缩成像系统的第二透镜
、
第一反射镜
、
体式物镜
、
数字微镜器件依次光路连接；数字微镜器件将光路反射为两路；一路与体式物镜
、
第三透镜
、
第二反射镜依次光路连接；另一路与体式物镜
、
第四透镜
、
第三反射镜依次光路连接；第二反射镜及第三反射镜分别与直角棱镜反射镜光路连接；直角棱镜反射镜与
InGaAs
铟镓砷红外相机光路连接；
[0015]一个由多功能数字延迟脉冲发生器
DG645
构成的同步控制系统；
[0016]一个由计算机构成的数据处理与重构系统；
[0017]所述光源与扩束系统的扩束镜与宽场荧光显微系统的二向色镜光路连接；
[0018]所述宽场荧光显微系统的第一透镜与互补双通道孔径编码时域压缩成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种压缩成像型双通道编码近红外二区高速荧光显微装置，其特征在于，它包括：一个由连续激光器（
101
）
、
扩束镜（
102
）组成的光源与扩束系统（
100
）；所述光源与扩束系统（
100
）的连续激光器（
101
）
、
扩束镜（
102
）依次光路连接；一个由样品台（
201
）
、
物镜（
202
）
、
二向色镜（
203
）及第一透镜（
204
）构成的宽场荧光显微系统（
200
）；所述宽场荧光显微系统（
200
）的二向色镜（
203
）将光路分为两路；二向色镜（
203
）反射的一路与物镜（
202
）
、
样品台（
201
）依次光路连接；二向色镜（
203
）透射的一路与第一透镜（
204
）光路连接；一个由第二透镜（
301
）
、
第一反射镜（
302
）
、
体式物镜（
303
）
、
数字微镜器件（
304
）
、
第三透镜（
305
）
、
第四透镜（
306
）
、
第二反射镜（
307
）
、
第三反射镜（
308
）
、
直角棱镜反射镜（
309
）及
InGaAs
铟镓砷红外相机（
310
）构成的互补双通道孔径编码时域压缩成像系统（
300
）；所述互补双通道孔径编码时域压缩成像系统（
300
）的第二透镜（
301
）
、
第一反射镜（
302
）
、
体式物镜（
303
）及数字微镜器件（
304
）依次光路连接；数字微镜器件（
304
）将光路反射为两路；一路与体式物镜（
303
）
、
第三透镜（
305
）及第二反射镜（
307
）依次光路连接；另一路与体式物镜（
303
）
、
第四透镜（
306
）及第三反射镜（
308
）依次光路连接；第二反射镜（
307
）及第三反射镜（
308
）分别与直角棱镜反射镜（
309
）光路连接；直角棱镜反射镜（
309
）与
InG...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭梦迪，张诗按，何宇，张志凌，程龙，潘珍，黄正齐，金诚挚，郭姿含，姚佳丽，姚云华，齐大龙，孙真荣，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：