一种活体荧光寿命成像光学系统和方法与流程

技术特征：
1.一种活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于包括激光器、光纤耦合准直器、载物台、活体样本、滤光片、成像镜头、斩波器、成像放大系统、荧光探测器、计算机、采集卡；在同一光轴上依次顺序放置载物台、活体样本、滤光片、成像镜头、斩波器、成像放大系统、荧光探测器；激光器发出的光经过斩波器调制后通过光纤耦合准直器后作用于活体样本上，在活体样本上所激发出的荧光经过滤光片、成像镜头、斩波器、成像放大系统，最终成像于荧光探测器上，通过协同斩波器控制激光器照射活体样本时产生的脉冲荧光信号和荧光探测器的采集时间窗口，使得荧光探测器的采集窗口相对于脉冲荧光信号出现一系列延迟，得到一系列不同荧光强度的图像，由计算机通过逐步积分法获得荧光寿命图像。2.根据权利要求1所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于：所述荧光探测器包括可见光面阵探测器、短波红外面阵探测器以及检测波长覆盖可见至近红外波段的面阵探测器；所述成像放大系统由两片可见光或近红外区域消色差或非球面凸透镜组成；所述滤光片为可见光或近红外长通、短通或带通滤光片；所述成像镜头为透可见光、透近红外光或同时透可见以及近红外光成像镜头；所述载物台可上下前后左右六个方向移动，电动可调，由软件控制；所述斩波器包括斩波器主体以及斩波器控制器，斩波器外壳上紧贴其叶片制作有通光小孔；该通光小孔位于透镜组和镜头的焦点位置；所述激光器为外接可高低电平调制多模光纤的激光器或本身可调谐的脉冲光纤激光器，激光器的出光口通过光纤耦合准直器，该光纤为液芯均匀化光纤，使得激光光斑均匀。3.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述可见光面阵探测器的响应波长为300~1000 nm，所述近红外面阵探测器的响应波长为900~2500 nm，所述检测波长覆盖可见至近红外波段的面阵探测器的响应波长为400~2500 nm。4.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述两片透镜的焦距为20 ~200 mm，透过波段为300~1000 nm，900~2500 nm或400~2500 nm，透过率>50%。5.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述滤光片od值>2,适应波长范围为300~2500 nm。6.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述镜头的焦距为8 ~50 mm定焦镜头，镜头f数为1.4。7.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述载物台每个维度的行程为0~20 cm，移动速度为1~10 mm/s，可通过控制软件进行调节。8.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述斩波器的频率为0~500 hz连续可调，叶片占空比为50%；通光小孔直径为0.8-1.2 mm。9.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述激光器可以自由替换成不同发射波长的激光器，用于针对不同的荧光探针提供不同的激发波长。10.根据权利要求9所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述激光器发射波长为488 nm、550 nm、632 nm、715 nm、740 nm、786 nm、808 nm、860 nm、915 nm、940 nm、980 nm、1064 nm、1177 nm、1280 nm或1550 nm，功率在50 mw~50w,功率波动<5%,可以通过外接高低电平进行发光调制。11.根据权利要求10所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，同时接入多个相
同激发波长的激光器，以增加信号强度。12.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述液芯光纤在5cm处光斑直径在3~4cm，出纤功率>80%。13.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述光纤耦合准直器固定于光学接杆上，光学接杆固定于所述竖直移动载物台上，保证水平移动样品时，激光照射位置不变。14.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述计算机包含自计算机处理程序，用于控制采集卡和荧光探测器；采集卡用于采集不同延迟时间的荧光照片，同时处理采集到的荧光信号，得到最终的荧光寿命成像图片。15.根据权利要求2所述的活体荧光寿命成像光学系统，其特征在于，所述激光器、光纤耦合准直器、活体样本、载物台、成像镜头、斩波器、成像放大系统、滤光片、荧光探测器固定于暗箱之中，采集卡固定于计算机中。16.根据权利要求1-15之一所述光学系统的活体荧光寿命成像光学方法，具体步骤为：（1）以激光器为光源，通过斩波器调节实现对光源发射光的频率调制，其调制频率取决于活体样本的荧光寿命数值；其信号由采集卡收集，然后通过采集卡的输出接口将信号提供给激光器，形成脉冲光；（2）脉冲光通过光纤准直器后激发所述载物台上的注入了荧光探针的活体样品发出相匹配频率的脉冲荧光信号，荧光信号通过滤光片、成像镜头收集汇聚到斩波器通光小孔中，再发散经过成像放大系统，最终汇聚进入荧光探测器；（3）通过协同斩波器控制激光器照射样品时产生的脉冲荧光信号和荧光探测器的采集时间窗口，使得荧光探测器的采集窗口相对于脉冲荧光信号出现一系列延迟；延迟时间依据活体样本的荧光寿命范围设置为10
µ
s-1 ms，曝光时间依据活体样本荧光强度设定为1 ms-60 s；（4）利用计算机处理软件获得荧光衰减不同时间后的一系列荧光衰减的图像，再通过计算机逐步积分法重构获得荧光寿命图像。

技术总结
本发明属于活体荧光成像技术领域，具体为一种活体荧光寿命成像光学系统和方法。本发明的成像光学系统包括：用于放置与固定待检测样本并具有三维定位功能的载物台，用于采集样本荧光信号的由成像放大系统、滤光片、成像镜头和荧光探测器组成的荧光信号采集单元，用于控制荧光探测器采样和激发光激发的相对时间的斩波器延时单元，包括外接高低电平触发信号激光器的激发单元（不同激发波长的光源可自由切换，满足不同活体样本需求）；用于处理采集到的系列荧光信号、最终重构荧光寿命成像图片的数据处理单元（计算机处理程序）。本发明结合不同寿命的荧光探针实现活体样本的肿瘤成像及标志物定量检测等功能，具有检测通量大和定量精度高等特点。度高等特点。度高等特点。


技术研发人员：张凡 凡勇 张洪新
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：2021.09.17
技术公布日：2022/1/14