[發明專利]一種生物神經環路活體成像系統

有效

• 申請號: 201310255101.9
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN104083146A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 毛珩;陶樂天;姜明
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 朱登河

技術領域

本發明涉及成像裝置，尤其涉及一種生物神經環路活體成像系統。

背景技術

目前國際領先的光學顯微成像技術包括受激發射減損（STED）、結構照明（SIM）和全反射結構照明（TIRF-SIM），光敏定位（PALM）和熒光光敏定位（FPALM），隨機光學重建（STORM）等，這些成像技術均突破了原有顯微成像技術的成像性能。光學顯微成像性能主要包含時間分辨率、空間分辨率、視場和信噪比。在實際成像系統中，上述性能指標之間存在相互制約，即追求某一項性能指標的提升都是以其它一項或多項性能指標的下降為代價實現的。例如，高空間分辨率成像技術會犧牲時間分辨率，高時間分辨率成像技術會犧牲空間分辨率和信噪比，大視場成像技術會犧牲空間和時間分辨率等。目前國內外研制成功的生物顯微成像技術，其時間分辨率處于50Hz水平，尚無法捕捉動作電位（微米以及亞微米級尺寸）在神經環路中100Hz以上的快速精細運動。

發明內容

本發明的目的是提出一種生物神經環路活體成像系統，該成像系統能夠實現生物行為活動與其神經環路的多尺度精確同步成像，可以用于開展小型模式生物神經環路的活體成像研究。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種生物神經環路活體成像系統，其包括多模式可調光源裝置、生物行為成像裝置、三軸載物運動裝置、感興趣區域實時追蹤裝置、生物神經環路成像裝置和控制裝置，其中：所述多模式可調光源裝置向放置在所述三軸載物運動裝置上的經熒光標記的生物樣本投射照明光以及激發光；所述生物行為成像裝置用于獲取所述生物樣本的行為活動視頻，輸送給所述控制裝置，所述控制裝置控制所述三軸載物運動裝置的運動，對所述生物樣本進行實時鎖定；所述感興趣區域實時追蹤裝置用于將所述生物樣本中生物神經環路感興趣區域進行實時鎖定；所述生物神經環路成像裝置與所述生物行為成像裝置同步、用于獲取所述生物樣本中生物神經環路感興趣區域的視頻。

進一步地，所述感興趣區域實時追蹤裝置包括高速相機、第一二軸掃描鏡、顯微物鏡和第一分光片，其中：所述多模式可調光源裝置出射的第一激發光通過所述顯微物鏡投射在所述生物樣本上，所述生物樣本內的標記熒光受此激發后產生的第一發射光依次經由所述顯微物鏡、第一二軸掃描鏡和第一分光片，在所述高速相機成像；所述控制裝置獲取所述高速相機的圖像，并通過圖像處理算法估計所述高速相機拍攝的當前幀和上一幀圖像中感興趣區域內少數熒光結構的兩軸平移量，控制所述第一二軸掃描鏡的動作以完成感興趣區域的平移運動補償，使所述生物樣本中生物神經環路感興趣區域實時鎖定在100×100μm的中心視場。

進一步地，所述感興趣區域實時追蹤裝置還包括聚焦透鏡和二向色分光片，其中：所述多模式可調光源裝置出射的第一激發光依次經由聚焦透鏡和二向色分光片，所述二向色分光片的反射光通過所述顯微物鏡投射所述生物樣本。

進一步地，所述生物神經環路成像裝置包括科學級相機和第二二軸掃描鏡；其中：所述多模式可調光源裝置出射的第二激發光通過所述顯微物鏡投射在所述生物樣本上，所述生物樣本內的標記熒光受此激發后產生的第二發射光依次經由所述顯微物鏡、二向色分光片、第一二軸掃描鏡和第一分光片，投射在所述科學級相機上，得到由若干個幀內不同時刻生物神經環路感興趣區域圖像經陣列排布組成的圖像，并同步傳輸給所述控制裝置；所述控制裝置根據所述科學級相機的外觸發信號同步控制所述第二二軸掃描鏡在相機的幀內和幀間逐一完成生物神經環路感興趣區域對應圖像子視場的移動切換。

進一步地，所述生物神經環路成像裝置還包括薄膜變形鏡；所述薄膜變形鏡設置在所述第一分光片與所述第二二軸掃描鏡之間的光路中，并與所述顯微物鏡的主平面滿足物像共軛位置關系；所述控制裝置根據預先標定好的生物神經環路感興趣區域對應圖像各個子視場的波前像差分布，控制所述薄膜變形鏡在相機的幀內和幀間逐一完成生物神經環路感興趣區域對應圖像子視場的波前像差補償。

進一步地，所述生物神經環路成像裝置還包括可調視場光闌；所述可調視場光闌設置在所述第一分光片與所述薄膜變形鏡之間的中繼像面上的矩形通光區域，所述第一二軸掃描鏡的動作能夠使所述生物樣本的生物神經環路感興趣區域鎖定在所述矩形通光區域內。

進一步地，所述生物神經環路成像裝置還包括第一濾光片、反射鏡和五棱鏡，其中：所述第一濾光片設置在所述可調視場光闌與所述薄膜變形鏡之間的光路中，透射光經由所述薄膜變形鏡依次經由所述反射鏡和五棱鏡，投射在所述第二二軸掃描鏡上。