一种荧光寿命显微成像系统技术方案

本实用新型专利技术属于荧光显微成像技术领域，提供了一种荧光寿命显微成像系统，包括：激光器；基于声光器件的扫描成像光路；荧光探测光路；时间相关单光子计数单元；监测单元；在监测单元的控制下的驱动电路。由于本系统采用基于声光器件的双光子激发荧光显微成像技术，并结合时间相关单光子计数技术，通过控制声光器件中的声波频率，实现光束寻址定位扫描，进而对感兴趣的组织或部位进行精确定位扫描。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于荧光显微成像
，尤其涉及一种基于声光器件的可寻址定位的突光寿命显微成像系统。
技术介绍
突光寿命是指突光物质被一瞬时光脉冲激发后产生的突光随时间而衰减到一定程度时所用的时间。在生物医学领域，通过对样品进行荧光寿命成像，可以对分子所处微环境中生化参数的分布进行定量监测，例如，监测细胞内蛋白质的水解过程等。目前，可对荧光寿命进行监测的荧光显微成像系统主要有:双光子激发荧光显微成像系统、激光扫描共焦(荧光)显微成像系统、多模式光学显微复合成像系统等。其中，双光子激发荧光显微成像系统具有高的层析能力和更深的测量深度，是生物学功能性成像的重要研究手段。在双光子激发荧光显微成像系统中，只有在焦点位置的激发光光子数密度才足以实现多光子荧光激发的要求，这一特点决定了双光子激发荧光显微成像技术是一种扫描成像技术，一般通过对激发光束进行扫描来实现成像。现有技术中，用于对荧光寿命进行监测的双光子激发荧光显微成像系统采用振镜扫描技术，由于受制于机械惯性的影响，其每秒只能得到几帧扫描图像，远不能满足对诸如神经功能成像等毫秒级中快事件的监测需要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种荧光寿命显微成像系统，旨在解决现有用于对荧光寿命进行监测的双光子激发荧光显微成像系统采用振镜扫描技术，由于受制于机械惯性的影响，不能满足对毫秒级中快事件的监测需要的问题。本技术是这样实现的，一种荧光寿命显微成像系统，所述系统包括:发出脉冲激光的激光器；放置在所述激光器的出射光光路上，将所述脉冲激光投射到样品池中待监测样品表面的基于声光器件的扫描成像光路；放置在所述待监测样品的荧光出射光路上，探测所述样品产生的荧光光子并转换为相应的电信号的突光探测光路；连接所述荧光探测光路，根据所述电信号生成荧光光子的时间分布图的时间相关单光子计数单元；连接所述时间相关单光子计数单元，对所述时间分布图进行拟合分析以得到所述样品的荧光寿命的监测单元；连接所述监测单元和所述扫描成像光路，在所述监测单元的控制下改变所述扫描成像光路中声光器件的电声换能器发出的超声波频率的驱动电路。其中，所述基于声光器件的扫描成像光路可以包括:基于声光器件的扫描光路；放置在所述激光器的出射光光路上，将所述激光器发出的脉冲激光投射到所述扫描光路中的预处理光路；放置在所述扫描光路的出射光光路上，将所述扫描光路输出的光束投射到所述待监测样品表面的显微成像光路。进一步地，所述系统还可以包括:放置在所述待监测样本的荧光出射光路上，采集所述样品产生的荧光分布图像并转换成电信号后输出给所述监测单元显示的成像光路。在一种情况下，所述荧光探测光路放置在所述待监测样本的荧光出射光路上；所述显微成像光路包括:放置在所述扫描光路的出射光光路上的第七反射镜；顺次放置在所述第七反射镜的反射光光路上的扫描镜、管镜和物镜，且所述扫描镜的前焦面和所述管镜的后焦面重合；放置在所述物镜的出射光光路上的双光子滤光片。在另一种情况下，所述荧光探测光路放置在所述待监测样品发出的荧光经所述显微成像光路分向后的出射光路上；所述显微成像光路包括:放置在所述扫描光路的出射光光路上的二向色镜；顺次放置在所述二向色镜的反射光光路上的扫描镜、管镜和物镜，且所述扫描镜的前焦面和所述管镜的后焦面重合；放置在所述物镜的出射光光路上的双光子滤光片。另外，所述扫描光路可以包括一声光偏转器；所述预处理光路可以包括:缩束器；等边棱镜；放置在所述激光器的出射光光路上，将所述激光器发出的所述脉冲激光投射到所述缩束器的入射端的第一反射镜组，所述第一反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜；放置在所述缩束器的出射光光路上，将所述缩束器的出射端射出的光束投射到所述等边棱镜的第二反射镜组，所述第二反射镜组包括第三反射镜和第四反射镜；放置在所述等边棱镜的出射光光路上，将所述等边棱镜出射的光束投射到所述扫描光路中的第三反射镜组，所述第三反射镜组包括第五反射镜和第六反射镜。上述系统中，所述时间相关单光子计数单元可以包括:存储单元；连接所述荧光探测光路，计算所述荧光光子在信号周期内对应的探测时间的时间计算单元；连接所述存储单元和所述时间计算单元，对所述存储单元中与所述探测时间对应的寄存器进行累加的累加单元；连接所述存储单元，根据所述累加单元的累加结果生成所述荧光光子的时间分布图的时间分布生成单元。上述系统中，所述监测单元可以包括:显示监测平台界面的监控主机；连接所述监控主机，在所述监控主机的控制下生成频率控制信号并输出给所述驱动电路的数据采集卡；所述驱动电路包括:连接所述数据采集卡，根据所述数据采集卡输出的所述频率控制信号生成相应的频率信号的频率发生器；连接所述频率发生器，对所述频率信号进行放大处理后输出给所述电声换能器的功率放大器。进一步地，所述数据采集卡的型号可以是N1-6259。上述系统中，所述激光器可以为钛蓝宝石激光器，所述脉冲激光的中心波长是820nm ;所述荧光探测光路是一光电倍增管。本技术提出的荧光寿命显微成像系统采用基于声光器件的双光子激发荧光显微成像系统，并结合时间相关单光子计数技术，通过控制声光器件中的声波频率，实现光束寻址定位扫描，进而对样品中感兴趣的组织或部位进行精确定位扫描。附图说明图1是本技术实施例一提供的荧光寿命显微成像系统的结构图；图2是图1中预处理光路、扫描光路、显微成像光路的结构图；图3是图2中第一时间相关单光子计数单元的结构图；图4是图2中监测单元、驱动电路的结构图；图5是本技术实施例二提供的荧光寿命显微成像系统的结构图；图6是本技术实验中，荧光素样品随机点扫描的荧光强度图像和对荧光光子的时间分布直方图拟合后的荧光强度衰减拟合曲线；图7a是本技术实验中，区域扫描双光子激发荧光强度图像；图7b是本技术实验中，区域扫描双光子激发荧光重构强度图像；图7c是本技术实验中，区域扫描双光子激发荧光寿命图像；图8a是本技术实验中，Ieica样片选择环形区域荧光强度的成像图图8b是本技术实验中，Ieica样片荧光寿命的成像图；图8c是本技术实验中，Ieica样片区域寿命成像分析图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。针对现有技术存在的问题，本技术提出的荧光寿命显微成像系统采用基于声光器件的双光子激发突光显微成像系统，并结合时间相关单光子计数(Time-CorrelatedSingle-Photon Counting, TCSPC)技术,通过控制声光器件中的声波频率,实现光束寻址定位扫描，进而对样品中感兴趣的组织或部位进行精确定位扫描。具体而言，本技术提供的荧光寿命显微成像系统包括:激光器，用于发出脉冲激光；基于声光器件的扫描成像光路，用于将激光器发出的脉冲激光投射到样品池中待监测样品表面；突光探测光路，用于探测样品产生的突光，并转换为相应的电信号；时间相关单光子计数(Time-Correlated Single Photon Counting,TCSPC)单元,用于根据突光探测光路转换后的电信号，生成突光光子的时间分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光寿命显微成像系统，其特征在于，所述系统包括：?发出脉冲激光的激光器；?放置在所述激光器的出射光光路上，将所述脉冲激光投射到样品池中待监测样品表面的基于声光器件的扫描成像光路；?放置在所述待监测样品的荧光出射光路上，探测所述样品产生的荧光光子并转换为相应的电信号的荧光探测光路；?连接所述荧光探测光路，根据所述电信号生成荧光光子的时间分布图的时间相关单光子计数单元；?连接所述时间相关单光子计数单元，对所述时间分布图进行拟合分析以得到所述样品的荧光寿命的监测单元；?连接所述监测单元和所述扫描成像光路，在所述监测单元的控制下改变所述扫描成像光路中声光器件的电声换能器发出的超声波频率的驱动电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：屈军乐，邵永红，齐璟，王凯歌，黄丽强，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：实用新型
国别省市：