專利名稱：熒光分子成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像裝置，特別涉及到一種利用特定波段的激發(fā)光進(jìn)行熒光分子 成像的裝置，該裝置可以用于獲取被檢測物體表面信息。
背景技術(shù)：
隨著基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和疾病基因組學(xué)的迅速發(fā)展，疾病的診斷正在從傳統(tǒng)的 疾病表征觀察、常規(guī)的生化實驗檢測，發(fā)展到多種基因和分子水平的微觀特征認(rèn)識，其中利 用分子影像技術(shù)可以從基因、蛋白質(zhì)水平深刻認(rèn)識疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有微 觀分析所無法取代的整體、連續(xù)、無創(chuàng)的特異檢測方法，生物在體分子影像理論及其技術(shù)將 會提供全新的預(yù)防、診斷和治療手段。與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比較而言，分子影像學(xué)著眼 于構(gòu)成疾病或病變的基礎(chǔ)變化和基因分子水平的異常，而不是對由基因分子改變所構(gòu)成的 最終結(jié)果進(jìn)行成像。在特異的分子探針的幫助下，分子影像技術(shù)可以在細(xì)胞、基因和分子水 平上實現(xiàn)生物體內(nèi)部生理或病理過程的無創(chuàng)實時動態(tài)在體成像，從而為疾病相關(guān)基因功能 定位、細(xì)胞生長發(fā)育和突變過程的作用機(jī)制、新藥研發(fā)等研究提供詳細(xì)的定性、定位、定量 資料以及有效的信息獲取和分析處理的手段。激發(fā)熒光成像是分子影像主要成像方式之一，主要以采用熒光報告基團(tuán)(GFP、 RFP, Cyt及dyes等)進(jìn)行標(biāo)記。用特定波長的激發(fā)光激發(fā)熒光分子，使其吸收入射光產(chǎn) 生能級躍遷，到達(dá)高能量狀態(tài)，并發(fā)出波長長于入射光的發(fā)射光，利用一套非常靈敏的激發(fā) 熒光成像裝置，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，讓研究人員能夠直接監(jiān)控生物體內(nèi)的細(xì)胞活動和基因行 為。另外，這一技術(shù)對腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測靈敏度極高，不涉及放射性物質(zhì)和方法，非常 安全。因其操作極其簡單、所得結(jié)果直觀、靈敏度高等特點，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研 究及藥物開發(fā)等方面。熒光分子成像中激發(fā)光的打光方式非常重要，因為它將直接影響熒光成像效果的 好壞。激發(fā)熒光成像需要一個均勻光線照射在檢測物上，提高有用光的產(chǎn)生率。目前，較普 遍的方法是在一個密光的箱體內(nèi)，利用光纖與全反射棱鏡組成一個激發(fā)光輸出部件，在CCD 與鏡頭之前放置發(fā)射輪組，隔離雜光。這樣方法有許多弊端，比如激發(fā)光經(jīng)過一次反射后 的，激發(fā)光強度衰減很大，產(chǎn)生有用光的比率非常低。而且另外CCD與鏡頭分離會改變鏡頭 的焦距和物距，對鏡頭的通光率和相機(jī)的量子效率有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有成像系統(tǒng)的弊端，提供一種既高效實用，又能提高熒光 激發(fā)效率，操作簡便的熒光分子成像裝置。為實現(xiàn)上述目的，實現(xiàn)本發(fā)明熒光分子成像裝置采用的技術(shù)方案包括激發(fā)模塊和 成像模塊；其中激發(fā)模塊由激發(fā)光源、激發(fā)濾光輪和激發(fā)濾光片、一分多束光纖組成；成 像模塊由CCD相機(jī)、鏡頭、鏡頭調(diào)節(jié)單元、發(fā)射濾光輪、發(fā)射濾光片、成像腔組成；激發(fā)光源 出口連接激發(fā)濾光輪，多個激發(fā)濾光片嵌入激發(fā)濾光輪中；多個激發(fā)濾光片與一分多束光纖的輸入端連接，激發(fā)光源的激發(fā)光經(jīng)過激發(fā)濾光輪中的激發(fā)濾光片過濾后的激發(fā)光信號 進(jìn)入一分多束光纖；CCD相機(jī)和鏡頭結(jié)合，且CCD相機(jī)的成像芯片中心軸線與鏡頭中心軸線 重合；鏡頭調(diào)節(jié)單元的側(cè)面安裝鏡頭外側(cè)，用來自動調(diào)節(jié)鏡頭的光圈和焦距；發(fā)射濾光輪 安裝在鏡頭的下面，發(fā)射濾光輪中放置多個發(fā)射濾光片；且發(fā)射濾光輪和多個發(fā)射濾光片 置于成像腔的成像端口處；成像腔內(nèi)的底部放置被檢測物體；一分多束光纖的多束光纖出 口端與成像腔的底部垂直連接，一分多束光纖的多束光纖出口端輸出的激發(fā)光信號垂直向 下照射成像腔底部，使成像腔底部的被檢測物體受到均勻的激發(fā)光照射，被檢測物體被激 發(fā)后產(chǎn)生發(fā)射光信號經(jīng)由發(fā)射濾光輪中的發(fā)射濾光片后，通過鏡頭由CCD相機(jī)收集，得到 被檢測物體的熒光圖像。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明只需將被檢測目標(biāo)置于成像暗箱中，既可通過激發(fā)熒 光成像裝置采集到特定波段的熒光。熒光激發(fā)效率高，CCD相機(jī)采集準(zhǔn)確。另外，可軟件控 制激發(fā)濾光輪和發(fā)射濾光輪更換濾光片，且鏡頭調(diào)節(jié)部分增加的傳動裝置可完成鏡頭焦距 和光圈的自動調(diào)節(jié)，這些都大大提高了檢測精度，減少檢測誤差。本發(fā)明利用光纖垂直在檢 測物上方直接照射，不需要反射棱鏡，降低了光信號的損耗。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計簡單易 用，為熒光分子圖像的高效獲取提供了有力的支持。


圖1是本發(fā)明的熒光分子成像裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明的發(fā)射濾光輪和激發(fā)濾光輪的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1所示，是本發(fā)明熒光分子成像裝置的技術(shù)方案包括激發(fā)模塊和成像模塊； 其中激發(fā)模塊由激發(fā)光源1、激發(fā)濾光輪2和激發(fā)濾光片3、一分多束光纖4組成；成像模 塊由CXD相機(jī)5、鏡頭6、鏡頭調(diào)節(jié)單元7、發(fā)射濾光輪8、發(fā)射濾光片9、成像腔10組成；激 發(fā)光源1出口連接激發(fā)濾光輪2，多個激發(fā)濾光片3嵌入激發(fā)濾光輪2中；多個激發(fā)濾光片 3與一分多束光纖4的輸入端連接，激發(fā)光源1激發(fā)光的經(jīng)過激發(fā)濾光輪2中的激發(fā)濾光 片3過濾后的激發(fā)光信號進(jìn)入一分多束光纖4 ；CXD相機(jī)5和鏡頭6結(jié)合，且CXD相機(jī)5的 成像芯片中心軸線與鏡頭6中心軸線重合；鏡頭調(diào)節(jié)單元7的側(cè)面安裝在鏡頭6外側(cè)，用來 自動調(diào)節(jié)鏡頭6的光圈和焦距；發(fā)射濾光輪8安裝在鏡頭6的下面，發(fā)射濾光輪8中放置多 個發(fā)射濾光片9 ；且發(fā)射濾光輪8和多個發(fā)射濾光片9置于成像腔10的成像端口處；成像 腔10內(nèi)的底部放置被檢測物體11 ；一分多束光纖4的多束光纖出口端與成像腔10的底部 垂直連接，一分多束光纖4的多束光纖出口端輸出的激發(fā)光信號垂直向下照射成像腔10底 部，使成像腔10底部的被檢測物體11受到均勻的激發(fā)光照射，被檢測物體11被激發(fā)后產(chǎn) 生發(fā)射光信號經(jīng)由發(fā)射濾光輪8中的發(fā)射濾光片9后，通過鏡頭6由CCD相機(jī)5收集，得到 被檢測物體的熒光圖像。激發(fā)光源1的光譜范圍為400nm 900nm。激發(fā)光源1可以選擇鹵素?zé)艋螂療簟?激發(fā)濾光輪2和發(fā)射濾光輪8中放置的多個激發(fā)濾光片3和多個發(fā)射濾光片9，通過軟件 進(jìn)行切換多個激發(fā)濾光片3和多個發(fā)射濾光片9，在不用打開激發(fā)濾光輪2和發(fā)射濾光輪8的同時對被檢測物體完成多組不同波段的激發(fā)熒光成像。通過軟件自動調(diào)節(jié)鏡頭6的光圈 和焦距，對被檢測物體11完成不同大小成像視野的成像以及曝光大小的調(diào)節(jié)。CCD相機(jī)5 是一種光電探測設(shè)備。鏡頭調(diào)節(jié)單元7由多組電機(jī)組成。成像腔10由避光材料構(gòu)成。選擇所需的激發(fā)濾光片3和發(fā)射濾光片9時，有兩種方案對于常用的熒光染料 (GFP, RFP, DsRed, Cy5. 5，ICG等)，通過直接選擇供選的熒光染料名稱來確定實驗所需的激 發(fā)濾光片3和發(fā)射濾光片9的具體型號熒光染料的激發(fā)波長峰值在400nm 900nm ；或按 濾光片中心波長選擇，濾光片中心波長為400nm 900nm ；對于不常用的熒光染料(量子點 合成的熒光染料)的熒光成像實驗，通過直接選擇供選的濾光片中心波長為480nm，580nm， 600nm,620nm,660nm等來確定實驗所需激發(fā)濾光片3和發(fā)射濾光片9的具體型號。如圖2所示的是激發(fā)濾光輪2或發(fā)射濾光輪8的結(jié)構(gòu)示意圖，激發(fā)濾光輪2或發(fā) 射濾光輪8—共設(shè)置有六個位置，其中有五個位置可放置濾光片，另外一個為空擋位置(不 放置激發(fā)濾光輪2或發(fā)射濾光輪濾光片8)。其中檔位21是作用位，2216均為非作用位。 只有在作用位的濾光片或空擋才能有光信號通過。一分四束光纖4放置于鏡頭6的四周，一分四束光纖4與成像腔10的底部成垂直 狀態(tài)，一分四束光纖4輸出的光線垂直向下均勻照射。發(fā)射濾光輪8位于鏡頭6的前面并 跟隨鏡頭6聯(lián)動。CXD相機(jī)5與鏡頭6是激發(fā)熒光成像裝置的主要部分，CXD相機(jī)5的成像 芯片中心軸線與鏡頭6中心軸線重合，CXD相機(jī)5并與成像腔10的底部垂直放置。將經(jīng)過熒光染料GFP標(biāo)記的被檢測物體11是小鼠時，小鼠麻醉后放入密閉光的成 像腔10的底部。通過軟件自動調(diào)節(jié)鏡頭調(diào)節(jié)單元7對鏡頭6做調(diào)節(jié)選擇所需的光圈大小 和焦距。輸入熒光染料GFP，軟件將自動選擇用于GFP實驗的激發(fā)濾光片3和發(fā)射濾光片 9，并分別控制激發(fā)濾光輪2和發(fā)射濾光輪8的轉(zhuǎn)動，使得所選激發(fā)濾光片3處于激發(fā)光源 1出口，所選發(fā)射濾光片9處于鏡頭前方的位置。當(dāng)發(fā)射濾光輪8調(diào)節(jié)到空擋位置，即不放 置任何發(fā)射濾光片9的檔位，將完成被檢測物體11的背景圖像的采集。激發(fā)光源1產(chǎn)生激 發(fā)光并先經(jīng)過激發(fā)濾光輪2中的激發(fā)濾光片3后產(chǎn)生的470nm 490nm波段的激發(fā)光，經(jīng) 由一根一分四的光纖4將激發(fā)光均勻地照射到小鼠上，小鼠受激發(fā)產(chǎn)生波長較激發(fā)光更長 的熒光信號，熒光信號通過鏡頭6前的發(fā)射濾光輪8的發(fā)射濾光片9后得到波段515nm 535nm的發(fā)射熒光信號，并由CCD相機(jī)5接收，最后轉(zhuǎn)換成圖像信號在計算機(jī)中顯示。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熒光分子成像裝置，其特征在于包括激發(fā)模塊和成像模塊；其中激發(fā)模塊由激發(fā)光源(1)、激發(fā)濾光輪( 和激發(fā)濾光片C3)、一分多束光纖(4)組成；成像模塊由CCD相機(jī)(5)、鏡頭(6)、鏡頭調(diào)節(jié)單元(7)、發(fā)射濾光輪(8)、發(fā)射濾光片 (9)、成像腔(10)組成；激發(fā)光源(1)出口連接激發(fā)濾光輪O)，多個激發(fā)濾光片( 嵌入激發(fā)濾光輪O)中； 多個激發(fā)濾光片( 與一分多束光纖的輸入端連接，激發(fā)光源(1)激發(fā)光的經(jīng)過激發(fā) 濾光輪O)中的激發(fā)濾光片C3)過濾后的激發(fā)光信號進(jìn)入一分多束光纖；CCD相機(jī)(5) 和鏡頭(6)結(jié)合，CCD相機(jī)(5)的成像芯片中心軸線與鏡頭(6)中心軸線重合；鏡頭調(diào)節(jié)單 元(7)的側(cè)面安裝鏡頭(6)外側(cè)，用來自動調(diào)節(jié)鏡頭(6)的光圈和焦距；發(fā)射濾光輪(8)安 裝在鏡頭(6)的下面，發(fā)射濾光輪⑶中放置多個發(fā)射濾光片(9)；且發(fā)射濾光輪⑶和多 個發(fā)射濾光片(9)置于成像腔(10)的成像端口處；成像腔(10)內(nèi)的底部放置被檢測物體 (11)；一分多束光纖的多束光纖出口端與成像腔(10)的底部垂直連接，一分多束光纖 (4)的多束光纖出口端輸出的激發(fā)光信號垂直向下照射成像腔(10)底部，使成像腔(10)底 部的被檢測物體(11)受到均勻的激發(fā)光照射，被檢測物體(11)被激發(fā)后產(chǎn)生發(fā)射光信號 經(jīng)由發(fā)射濾光輪(8)中的發(fā)射濾光片(9)后，通過鏡頭(6)由CCD相機(jī)( 收集，得到被檢 測物體(11)的熒光圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，激發(fā)光源(1)的光譜范圍為 400nm 900nm。
3.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，激發(fā)光源(1)選擇鹵素?zé)艋螂療簟?br> 4.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，激發(fā)濾光輪( 和發(fā)射濾光輪 (8)中分別放置的多個激發(fā)濾光片C3)和多個發(fā)射濾光片(9)，通過軟件進(jìn)行切換多個激發(fā) 濾光片C3)和多個發(fā)射濾光片(9)，在不用打開激發(fā)濾光輪( 和發(fā)射濾光輪(8)的同時對 被檢測物體完成多組不同波段的激發(fā)熒光成像。
5.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，通過軟件自動調(diào)節(jié)鏡頭(6)的 光圈和焦距，對被檢測物體(11)完成不同大小成像視野的成像以及曝光大小的調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，激發(fā)濾光片(3)和發(fā)射濾光 片(9)按熒光染料選擇，熒光染料的激發(fā)波長峰值在400nm 900nm，或按濾光片中心波長 選擇，濾光片中心波長為400nm 900nm。
7.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，CCD相機(jī)(5)是一種光電探測 設(shè)備。
8.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，鏡頭調(diào)節(jié)單元(7)由多組電機(jī) 組成。
9.如權(quán)利要求1所述的熒光分子成像裝置，其特征在于，成像腔(10)由避光材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是熒光分子成像裝置，包括激發(fā)模塊和成像模塊兩部分組成。激發(fā)模塊由激發(fā)光源、激發(fā)濾光輪和激發(fā)濾光片、一分多束光纖組成。成像模塊由CCD相機(jī)、鏡頭、鏡頭調(diào)節(jié)單元、發(fā)射濾光輪、發(fā)射濾光片、成像腔組成。激發(fā)光源產(chǎn)生激發(fā)光先經(jīng)過激發(fā)濾光輪中的激發(fā)濾光片后，產(chǎn)生的某一設(shè)定波段的激發(fā)光，經(jīng)由一根光纖將激發(fā)光均勻的照射到被檢測物體上，被檢測物體受激發(fā)產(chǎn)生波長較激發(fā)光更長的熒光信號，信號通過鏡頭前的發(fā)射濾光輪組的發(fā)射濾光片后，將這一特定的發(fā)射熒光信號由CCD相機(jī)接收，最后轉(zhuǎn)換成圖像信號在計算機(jī)中顯示。本發(fā)明設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，費用低，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域。
文檔編號A61B5/00GK102106723SQ20111006550
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者楊祥, 楊鑫, 田捷, 秦承虎, 薛貞文 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所