雙光子顯微鏡及臨床治療裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雙光子顯微鏡將光纖飛秒激光器模塊、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元、透鏡組、物鏡、濾光片組及光電探測(cè)器進(jìn)行一體化的機(jī)電設(shè)計(jì)，集成于顯微鏡殼體內(nèi)，提高了機(jī)械的緊湊性，減小了雙光子顯微鏡的整機(jī)體積和重量，降低了成本；此外通過設(shè)置顯微鏡支架，從而能夠帶動(dòng)雙光子顯微鏡在三維方向上進(jìn)行平移和在水平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械的活動(dòng)性能，使用方便。
【專利說明】
雙光子顯微鏡及臨床治療裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及顯微檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種雙光子顯微鏡及臨床治療裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)顯微成像對(duì)生命科學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究是一項(xiàng)不可或缺的技術(shù)。傳統(tǒng)光學(xué)儀器在電子、信息等行業(yè)的推動(dòng)下，近二十年來取得了巨大進(jìn)展，新的儀器和方法不斷涌現(xiàn)出來。但是，隨著研究的不斷深入，生命科學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究對(duì)光學(xué)成像技術(shù)有了更高和更新的要求。
[0003]然而目前應(yīng)用到臨床診斷和治療的光學(xué)成像技術(shù)仍然有許多局限性。其一是可見光在生物組織里的穿透能力不強(qiáng)，局限了光學(xué)成像大部分應(yīng)用面僅在體表或組織表層；其二是要充分發(fā)揮光學(xué)成像的分辨率還要求有一定的光學(xué)層析能力，來避免焦外雜散光的干擾。
[0004]在眾多的光學(xué)成像方法中，在解決上面兩個(gè)問題上表現(xiàn)最好的是雙光子顯微成像技術(shù)。雙光子成像技術(shù)于1990年被Denk等人首先報(bào)道，它是一種非線性光學(xué)成像方法。雙光子效應(yīng)是指熒光分子幾乎同時(shí)接受兩個(gè)光子，從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，然后再發(fā)出熒光的過程。由于熒光分子同時(shí)接受兩個(gè)光子的概率極小，因此需要瞬間極高的光子密度才能有足夠用于形成足夠熒光信號(hào)的概率產(chǎn)生，也因此雙光子成像技術(shù)普遍采用飛秒脈沖激光提高瞬時(shí)光功率來加強(qiáng)熒光蛋白非線性激發(fā)效率。雙光子效應(yīng)的非線性激發(fā)的特點(diǎn)也使得雙光子熒光成像技術(shù)具有了天然的層析成像效果和高的空間分辨率，它采用的近紅外光源在生物組織上的散射和吸收系數(shù)小，成像深度可以達(dá)到幾百微米至毫米。雙光子熒光成像技術(shù)能夠同時(shí)記錄上百個(gè)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能信息。
[0005]雙光子顯微術(shù)作為高精度、實(shí)時(shí)在體的新興顯微成像技術(shù)，具有巨大的臨床應(yīng)用潛力，但在世界范圍內(nèi)尚未見到真正成熟可靠的臨床應(yīng)用，其主要困難之一在于其光源對(duì)環(huán)境要求高，整機(jī)體積和重量高且安裝后無法移動(dòng)，顯微鏡光路系統(tǒng)復(fù)雜且須放置在防震平臺(tái)上。此外，雙光子顯微鏡在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的運(yùn)用絕大多數(shù)都局限于使用小鼠、大鼠等小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放置于顯微鏡載物臺(tái)之上固定，對(duì)大型靈長(zhǎng)類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)用受到顯微鏡自由空間大小和移動(dòng)距離的限制而很難開展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:
[0007]提供一種緊湊性、一體化、且可整體自由移動(dòng)的雙光子顯微鏡。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]—種雙光子顯微鏡，包括本體和控制單元，所述本體內(nèi)集成有光纖飛秒激光器、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元、透鏡組、物鏡、濾光片組及光電探測(cè)器，所述控制單元包括圖形工作站；
[0010]所述聲光調(diào)制器用于調(diào)制激光光束的功率，所述雙軸機(jī)械掃描單元用于在二維方向上對(duì)激光方向進(jìn)行掃描，所述透鏡組包括第一透鏡及第二透鏡，所述濾光片組包括二向色片和激光阻擋片，所述二向色片用于透射激光光束并對(duì)熒光光束全反射，所述激光阻擋片用于透射熒光光束并截止激光光束，所述光電探測(cè)器用于可探測(cè)熒光，并將熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0011]所述光纖飛秒激光器出射的飛秒激光光束經(jīng)所述聲光調(diào)制器調(diào)制后入射進(jìn)入所述雙軸機(jī)械掃描單元，經(jīng)所述雙軸機(jī)械掃描單元掃描后激光光束依次透射所述第一透鏡、所述二向色及所述第二透鏡聚焦于所述物鏡的焦面處并激發(fā)位于所述焦面處的樣品產(chǎn)生熒光；
[0012]所述熒光產(chǎn)生的熒光光束依次所述物鏡、所述第二透鏡聚后入射進(jìn)入所述二向色片，并經(jīng)所述二向色片反射后再透射所述激光阻擋片進(jìn)入所述光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器探測(cè)所述熒光，并將所述熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0013]所述圖形工作站用于獲取所述電信號(hào)，并對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理，形成并顯示圖像。
[0014]在一些實(shí)施例中，所述控制單元還包括電源模塊，所述電源模塊用于給所述光纖飛秒激光器、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元和光電探測(cè)器供電。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述控制單元還包括信號(hào)發(fā)送和采集模塊，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊用于給所述聲光調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)，
[0016]在一些實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊還用于控制雙軸機(jī)械掃描單元的掃描參數(shù)。
[0017]在一些實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊還用于設(shè)置所述光電探測(cè)器的信號(hào)放大率與及采集所述光電探測(cè)器的輸出信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給圖形工作站。
[0018]在一些實(shí)施例中，所述本體與所述控制單元通過線纜連接，且所述線纜至少長(zhǎng)
2.5m ο
[0019]在一些實(shí)施例中，所述雙光子顯微鏡還包括顯微鏡支架，所述顯微鏡支架包括底盤、支柱、水平旋轉(zhuǎn)單元、吊臂、豎直平移單元、提手及水平平移托盤，其中:
[0020]所述支柱固定在所述底盤上，所述水平旋轉(zhuǎn)單元可繞所述支柱在水平面旋轉(zhuǎn)，所述吊臂的一端固定連接于所述水平旋轉(zhuǎn)單元，所述水平旋轉(zhuǎn)單元可使所述吊臂繞所述支柱在水平面旋轉(zhuǎn)，所述豎直平移單元可繞所述吊臂在豎直方向上平移，所述提手通過所述豎直平移單元固定在所述吊臂上，所述豎直平移單元可使所述提手在豎直方向上平移，所述提手的兩臂分別與所述水平平移托盤相固定，所述水平平移托盤用于支撐所述雙光子顯微鏡的本體，并能帶動(dòng)所述雙光子顯微鏡的本體在水平面內(nèi)平移。
[0021]在一些實(shí)施例中，所述雙光子顯微鏡的本體重量小于或等于20kg，體積在25cm X40cm X 40cm內(nèi)。
[0022]另外，本發(fā)明還提供了一種臨床治療裝置，包括上述雙光子顯微鏡。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0024]1.本發(fā)明提供的雙光子顯微鏡將光纖飛秒激光器模塊、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元、透鏡組、物鏡、濾光片組及光電探測(cè)器進(jìn)行一體化的機(jī)電設(shè)計(jì)，集成于顯微鏡殼體內(nèi)，提高了機(jī)械的緊湊性，減小了雙光子顯微鏡的整機(jī)體積和重量，降低了成本。
[0025]2.本發(fā)明提供的雙光子顯微鏡通過設(shè)置顯微鏡支架，從而能夠帶動(dòng)雙光子顯微鏡在三維方向上進(jìn)行平移和在水平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械的活動(dòng)性能，使用方便。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的雙光子顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的顯微鏡支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種臨床治療裝置。
[0029]其中:本體1、光纖飛秒激光器11，聲光調(diào)制器12，雙軸機(jī)械掃描單元13，透鏡組14、第一透鏡141、、第二透鏡142、物鏡15，濾光片組16，二向色片161、激光阻擋片162、光電探測(cè)器17、控制單元2、電源模塊21、信號(hào)發(fā)送和采集模塊22、圖形工作站23;
[0030]底盤41、支柱42、水平旋轉(zhuǎn)單元43、吊臂44、豎直平移單元45、提手46、水平平移托盤47。
【具體實(shí)施方式】
[0031]請(qǐng)參考圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙光子顯微鏡，包括本體I和控制單元2。所述本體I與所述控制單元2通過線纜連接，且所述線纜至少長(zhǎng)2.5m，這樣可以支持遠(yuǎn)程全自動(dòng)遙控實(shí)時(shí)操作。
[0032]所述本體I內(nèi)集成有光纖飛秒激光器11，聲光調(diào)制器12，雙軸機(jī)械掃描單元13，透鏡組14，物鏡15，濾光片組16，光電探測(cè)器17。
[0033]可以理解，上述雙光子顯微鏡將光纖飛秒激光器11、聲光調(diào)制器12、雙軸機(jī)械掃描單元13、透鏡組14、物鏡15、濾光片組16及光電探測(cè)器17進(jìn)行一體化的機(jī)電設(shè)計(jì)，集成于顯微鏡殼體內(nèi)，提高了機(jī)械的緊湊性，減小了雙光子顯微鏡的整機(jī)體積和重量。
[0034]優(yōu)選地，所述雙光子顯微鏡的本體重量小于或等于20kg，體積在25cm X 40cm X40cm內(nèi)。
[0035]所述聲光調(diào)制器12用于調(diào)制激光光束的功率，所述雙軸機(jī)械掃描單元13用于在二維方向上對(duì)激光方向進(jìn)行掃描，所述透鏡組14包括第一透鏡及第二透鏡，所述濾光片組16包括二向色片161和激光阻擋片162，所述二向色片161用于透射激光光束并對(duì)熒光光束全反射，所述激光阻擋片162用于透射熒光光束并截止激光光束，所述光電探測(cè)器17用于可探測(cè)熒光，并將熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0036]所述光纖飛秒激光器11出射的飛秒激光光束經(jīng)所述聲光調(diào)制器12調(diào)制后入射進(jìn)入所述雙軸機(jī)械掃描單元13，經(jīng)所述雙軸機(jī)械掃描單元13掃描后激光光束依次透射所述第一透鏡141、所述二向色161及所述第二透鏡142聚焦于所述物鏡15的焦面處并激發(fā)位于所述焦面處的樣品產(chǎn)生熒光；
[0037]所述熒光產(chǎn)生的熒光光束依次所述物鏡15、所述第二透鏡142聚后入射進(jìn)入所述二向色片161，并經(jīng)所述二向色片161反射后再透射所述激光阻擋片162進(jìn)入所述光電探測(cè)器17，所述光電探測(cè)器17探測(cè)所述熒光，并將所述熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0038]所述控制單元2包括電源模塊21、信號(hào)發(fā)送和采集模塊22、圖形工作站23。
[0039]其中，所述電源模塊21用于給所述光纖飛秒激光器11、聲光調(diào)制器12、雙軸機(jī)械掃描單元13和光電探測(cè)器17供電。
[0040]所述控制單元2還包括信號(hào)發(fā)送和采集模塊22，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊22用于給所述聲光調(diào)制器12提供調(diào)制信號(hào)。
[0041]進(jìn)一步地，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊22還用于控制雙軸機(jī)械掃描單元13的掃描參數(shù)及設(shè)置所述光電探測(cè)器17的信號(hào)放大率與及采集所述光電探測(cè)器17的輸出信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給圖形工作站23。
[0042]所述圖形工作站23用于獲取所述電信號(hào)，并對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理，形成并顯示圖像。
[0043]請(qǐng)參閱圖2，本申請(qǐng)還提供了一種顯微鏡支架4，包括:底盤41、支柱42，水平旋轉(zhuǎn)單元43、吊臂44、豎直平移單元45、提手46及水平平移托盤47。其中:
[0044]所述支柱42固定在所述底盤41上，所述水平旋轉(zhuǎn)單元43可繞所述支柱42在水平面旋轉(zhuǎn)，所述吊臂44的一端固定連接于所述水平旋轉(zhuǎn)單元43，所述水平旋轉(zhuǎn)單元43可使所述吊臂44繞所述支柱42在水平面旋轉(zhuǎn)，所述豎直平移單元45可繞所述吊臂44在豎直方向上平移，所述提手46通過所述豎直平移單元45固定在所述吊臂44上，所述豎直平移單元45可使所述提手46在豎直方向上平移，所述提手46的兩臂分別與所述水平平移托盤47相固定，所述水平平移托盤47用于支撐所述雙光子顯微鏡的本體I，并能帶動(dòng)所述雙光子顯微鏡的本體I在水平面內(nèi)平移。
[0045]可以理解，顯微鏡支架4能帶動(dòng)上述雙光子顯微鏡I在三維方向上進(jìn)行平移和在水平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0046]可以理解，本發(fā)明提供的雙光子顯微鏡通過設(shè)置顯微鏡支架4，從而能夠帶動(dòng)雙光子顯微鏡在三維方向上進(jìn)行平移和在水平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械的活動(dòng)性能，使用方便。
[0047]請(qǐng)參閱圖3，本申請(qǐng)還提供了一種臨床治療裝置，包括前述的雙光子顯微鏡，由于前面已有詳細(xì)描述，這里不再贅述。
[0048]本發(fā)明提供的雙光子顯微鏡及治療設(shè)備將光纖飛秒激光器11、聲光調(diào)制器12、雙軸機(jī)械掃描單元13、透鏡組14、物鏡15、濾光片組16及光電探測(cè)器17進(jìn)行一體化的機(jī)電設(shè)計(jì)，集成于顯微鏡殼體內(nèi)，提高了機(jī)械的緊湊性，減小了雙光子顯微鏡的整機(jī)體積和重量，降低了成本;另外，通過設(shè)置顯微鏡支架4，從而能夠帶動(dòng)雙光子顯微鏡在三維方向上進(jìn)行平移和在水平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而提高了機(jī)械的活動(dòng)性能，使用方便。
[0049]當(dāng)然本發(fā)明的雙光子顯微鏡還可具有多種變換及改型，并不局限于上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。總之，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙光子顯微鏡，其特征在于，包括本體和控制單元，所述本體內(nèi)集成有光纖飛秒激光器、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元、透鏡組、物鏡、濾光片組及光電探測(cè)器，所述控制單元包括圖形工作站； 所述聲光調(diào)制器用于調(diào)制激光光束的功率，所述雙軸機(jī)械掃描單元用于在二維方向上對(duì)激光方向進(jìn)行掃描，所述透鏡組包括第一透鏡及第二透鏡，所述濾光片組包括二向色片和激光阻擋片，所述二向色片用于透射激光光束并對(duì)熒光光束全反射，所述激光阻擋片用于透射熒光光束并截止激光光束，所述光電探測(cè)器用于可探測(cè)熒光，并將熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 所述光纖飛秒激光器出射的飛秒激光光束經(jīng)所述聲光調(diào)制器調(diào)制后入射進(jìn)入所述雙軸機(jī)械掃描單元，經(jīng)所述雙軸機(jī)械掃描單元掃描后激光光束依次透射所述第一透鏡、所述二向色及所述第二透鏡聚焦于所述物鏡的焦面處并激發(fā)位于所述焦面處的樣品產(chǎn)生熒光； 所述熒光產(chǎn)生的熒光光束依次所述物鏡、所述第二透鏡聚后入射進(jìn)入所述二向色片，并經(jīng)所述二向色片反射后再透射所述激光阻擋片進(jìn)入所述光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器探測(cè)所述熒光，并將所述熒光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 所述圖形工作站用于獲取所述電信號(hào)，并對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理，形成并顯示圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述控制單元還包括電源模塊，所述電源模塊用于給所述光纖飛秒激光器、聲光調(diào)制器、雙軸機(jī)械掃描單元和光電探測(cè)器供電。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述控制單元還包括信號(hào)發(fā)送和采集模塊，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊用于給所述聲光調(diào)制器提供調(diào)制信號(hào)，4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊還用于控制雙軸機(jī)械掃描單元的掃描參數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)送和采集模塊還用于設(shè)置所述光電探測(cè)器的信號(hào)放大率與及采集所述光電探測(cè)器的輸出信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給圖形工作站。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述本體與所述控制單元通過線纜連接，且所述線纜至少長(zhǎng)2.5m。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述雙光子顯微鏡還包括顯微鏡支架，所述顯微鏡支架包括底盤、支柱、水平旋轉(zhuǎn)單元、吊臂、豎直平移單元、提手及水平平移托盤，其中: 所述支柱固定在所述底盤上，所述水平旋轉(zhuǎn)單元可繞所述支柱在水平面旋轉(zhuǎn)，所述吊臂的一端固定連接于所述水平旋轉(zhuǎn)單元，所述水平旋轉(zhuǎn)單元可使所述吊臂繞所述支柱在水平面旋轉(zhuǎn)，所述豎直平移單元可繞所述吊臂在豎直方向上平移，所述提手通過所述豎直平移單元固定在所述吊臂上，所述豎直平移單元可使所述提手在豎直方向上平移，所述提手的兩臂分別與所述水平平移托盤相固定，所述水平平移托盤用于支撐所述雙光子顯微鏡的本體，并能帶動(dòng)所述雙光子顯微鏡的本體在水平面內(nèi)平移。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光子顯微鏡，其特征在于，所述雙光子顯微鏡的本體重量小于或等于20kg，體積在25cm X 40cm X 40cm內(nèi)。9.一種臨床治療裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的雙光子顯微鏡。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK106053417SQ201610575480
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日
【發(fā)明人】周鎮(zhèn)喬, 賈宏博, 陳月巖
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所