[發明專利]基于光延遲的門控熒光壽命成像裝置

有效

• 申請號: 201210184350.9
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102692401A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 劉超;王新偉;周燕;劉育梁
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于熒光壽命成像領域，特別涉及一種基于光延遲的門控熒光壽命成像裝置。

背景技術

生物體內很多物質都具有自體熒光，如某幾類氨基酸、NADPH、黃素及黑色素等，其壽命多為納秒量級。外源性熒光利用熒光團與特異性的目標分子結合，實現目標分子的標記：主要的熒光團可分為以下幾類：有機染料，熒光蛋白，量子點和長壽命稀土配合物。有機染料如Cy₅，Rhodamin系列從紫外到紅外波段都有相應的染料，其熒光壽命也從ns量級到幾十ns不等。常用的熒光蛋白如ECPF、mRFP1的激發波長多在400-500nm，熒光壽命多在幾ns不等。量子點納米顆粒的波長范圍可覆蓋300-1000nm，熒光壽命也在幾十到100ns。長壽命稀土配合物擁有更長的stokes位移和μs甚至ms量級的熒光壽命。出射熒光攜帶著特征分子或熒光團所處微環境的變化信息，對生化過程中的特征分子或熒光團進行成像，可反映組織內部生化反應的機理。熒光衰減可分為瞬態熒光和穩態熒光兩類。很多重要的生化過程，如蛋白質折疊，光合作用中的碳固定和熒光共振能量轉移等過程都發生在ms至百ms之間，可通過瞬態熒光成像技術進行測量。穩態熒光過程不涉及快速的生化過程，如癌組織分辨等。熒光壽命成像方法可區分熒光強度成像方法無法分辨的目標分子，且不受激發光強度、熒光團濃度、光漂白等因素影響。正常和病變組織的自體熒光不同，同時組織生理活動的變化會直接影響熒光壽命的變化。本發明旨在實現對自體熒光及外源性熒光的壽命成像，為病變組織分辨、組織生理活動探測等研究提供成像手段，在醫療和生物醫學研究等領域具有重要的應用前景。

熒光壽命成像的主要實現方法有頻域法和時域法兩種。頻域方法主要通過調制和解調正弦信號實現，原理清晰，設備簡單，但精度不高，如專利CN101632577-A提出了一基于頻域熒光壽命成像的牙釉質礦物質含量檢測的方法和裝置。與之相比，時域方法因其更高的時間分辨率得到了更廣泛的應用，主要實現方法有掃描相機技術、單光子計數和門控技術三種。掃描相機具有很高的時間和空間分辨率，但是價格昂貴，如專利CN1737536-A介紹了一種五維熒光顯微成像技術獲取樣品的空間、時間和光譜信息，其中通過掃描相機獲取壽命信息。單光子計數擁有很高的時間分辨率，但成像速度較慢，如專利CN101181152-A介紹了一種用于眼底病變早期診斷的時間分辨自體熒光壽命成像方法和裝置，其本質是基于時間相關單光子計數的激光掃描共聚焦技術。門控方法雖時間分辨率不及單光子計數，但擁有成像速度快，可用于寬場成像等優勢。

門控熒光壽命成像系統常采用光電混合延遲方法。根據有無采用激光作為參考光同步可將此類方法分為兩類：內觸發方式和外觸發方式。內觸發方式不采用激光作為參考光，而是直接同步激光器和門控圖像增強器的觸發信號(Sun?Y?et?al.Fluorescence?lifetime?imaging?microscopy?for?brain?tumor?image-guided?surgery.Journal?of?Biomedical?Optics，2010，15(5)：056022)；外觸發方式從激光中分束作為參考光來同步門控圖像增強器(Wang?XF?et?al.A?two-dimensional?fluorescence?lifetime?imaging?system?using?a?gated?image?intensifier.Applied?Spectroscopy，1991，45(3)：360-366)。電延遲裝置雖靈活，但要求較高的延遲精度因而對硬件性能要求較高，同時也增加了系統的復雜度。

以上專利和文獻提出了各種針對穩態熒光壽命獲取的成像方法，但均未解決瞬態熒光成像問題。鑒于此，本發明提出基于光延遲的門控熒光壽命成像方法和裝置，以實現快速熒光壽命成像解決瞬態熒光成像問題，同時本發明也可應用于穩態熒光壽命成像。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足之處，本發明的主要目的在于提出一種基于光延遲的熒光壽命成像裝置，以分別獲取生物自體熒光物質或外源性熒光物質的瞬態或穩態熒光壽命圖像。

為了達到上述目的，本發明提供一種基于光延遲的熒光壽命成像裝置，包括：