[發明專利]自動化的超弱光成像系統及操作方法

有效

• 申請號: 201310524951.4
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103536277A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 戴甲培;湯仁東;王超
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01N21/63;G01N21/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本發明涉及一種利用生物超弱光子輻射信號（又稱生物光子信號），對生物（個體、組織、細胞和分子等）進行生物光子檢測，實現生物光子信號成像，屬于生物和生物醫學技術成像領域。

背景技術

幾乎所有的生命體，包括微生物、植物、動物以及人類在生理或病理條件下都會輻射出極其微弱的光子流，這種現象被稱為生物超弱發光（Ultra-weak?photon?emissions，UPEs），又被稱為生物光子（Biophotons）。生物光子包括誘發光和自發光，誘發光是指生物組織的光致發光現象，即生物組織受到外部光激發后，長時間發出光子的現象；自發光是生命體在沒有外界光刺激的情況下自發釋放出超弱光子流的現象。要特別強調的是：這里所描述的生物超弱發光與通常所指的醫學光子和分子熒光等是不同的概念并賦予不同的科學含義。

研究發現不管是在細胞水平還是在有機體整體水平，生物光子與有機體的生理、病理狀態都密切相關，能很敏感地反映出有機體的生理狀態，甚至可能介導細胞間的通訊、參與腦功能實現。正因為生物光子活動可以很靈敏地反映有機體的生理狀態，使其在神經科學中的信息傳遞與處理研究、醫學上的臨床診斷、農業生產中的選種與質量控制以及食品安全監控與環境污染檢測等領域具有了一定的理論研究和應用價值。

但生物光子強度極其微弱，檢測其時空分布對探測技術提出了較高的要求。20世紀70-80年代，超弱光探測技術由原先一維計數的真空光電倍增管模式跨越到二維成像的光子成像模式。自此，不斷涌現出各種具有較高探測靈敏度的新型光子成像器件，理論上甚至可以探測單光子信號，如像增強CCD（ICCD）、雪崩光電二極管（APD）及由其集成的陣列（APD?Arrays）和電子倍增CCD（EMCCD）等等。這些設備的出現，使得對生物光子等超弱光進行成像成為可能。

雖然光子成像器件在生物超弱光子信號成像系統中起核心作用，但要順利完成成像、深入研究生物光子現象，或利用生物光子信號進行某種應用鑒別，除了光子成像器件，還需要一套完整的成像實驗系統。

發明內容

本發明為實現對生物超弱光子信號進行成像，并以此進行某種應用鑒別，基于當前靈敏度最好的光子成像器件，本發明提供一種自動化的超弱生物光子信號成像系統。該系統具有靈敏度和信噪比高、操作性和拓展性好、功能豐富等優點，可廣泛應用于生命科學研究、醫學臨床檢查、農業生產、食品安全與環境保護等領域中的生物光子檢測。

本發明的技術方案：該自動化的超弱光成像系統，共包括三部分：成像子系統、實驗操作子系統和自動控制子系統。

成像子系統用于超弱生物光子信號成像，包括一由暗箱1和遮光罩2組成的雙重避光部件，所述的暗箱1是由外層鋼板內層鉛板組成的立方體或長方體，用于隔絕外界光線和宇宙射線，使成像過程免受外界光的影響，所述的遮光罩2連接于鏡頭和樣品臺間，用于屏蔽暗箱1內的光致發光對成像的影響；一單鏡片高透光鏡頭，用于成像；一機械快門13，用于非成像時對光子成像器件進行隔光保護，所述部件的開關受外部控制；一電動濾光鏡轉盤12，用于對生物超弱光子信號的光譜進行檢測，所述部件的動作受外部控制；一光子成像器件11及其控制器14，用于檢測超弱光信號，所述部件可以為當前常用的光子成像器件，比如雪崩光電二極管APD陣列、電子倍增CCD（EMCCD）、像增強CCD、電子轟擊EBCCD、多陽極微通道陣列器件MAMA等等，其開關受外部控制；一低溫冷卻液循環泵17，用于對光子成像器件進行輔助制冷；一樣品臺；用于放置和定位待成像樣品；一定制支架，用于各部件的安裝支架及成像的調焦操作。

實驗操作子系統用于特定的實驗操作以實現特定的實驗或應用目的，包括一多通道灌流系統6，由通道切換器3、蠕動泵4、儲液瓶5、硅膠軟管等部件組成，用于維持成像過程中生物組織的活性或穩定性，所述的灌流系統6可以實現不同灌流液間的自動切換，受外部控制；一多通道局部加藥系統7，由多通道微量加藥系統、兩個定制的加藥和吸藥針頭、蠕動泵等部件組成，用于對樣品表面進行局部加藥處理，所述的局部加藥系統7可以實現不同藥物間的自動切換，受外部控制；所述智能光刺激器8及其控制器18用于光誘發或刺激機體、組織、細胞和分子而導致的超弱生物光子活動或傳遞，其部件的開關受外部控制；所述智能光刺激器的光源是普通光源、LED燈光源或激光光源；刺激光通過不同的光傳遞器件或材料進行傳導。