專利名稱：一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)分子成像技術(shù)，特別是關(guān)于一種用于激發(fā)熒光成像的可空間編碼 的并行激發(fā)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
熒光分子成像技術(shù)是近年發(fā)展迅速的一種新興的分子成像技術(shù)，在腫瘤檢測、藥 物研發(fā)和疾病診斷等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。激發(fā)熒光分子成像技術(shù)是利用熒光標(biāo)記物 標(biāo)記特定的分子或細(xì)胞，當(dāng)用特定波段的激發(fā)光照射熒光標(biāo)記物時(shí)，熒光標(biāo)記物受到激發(fā) 從而發(fā)出熒光。經(jīng)過組織的散射和吸收后，部分熒光到達(dá)成像物體表面，通過采用一定的裝 置檢測產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，就可以獲得組織內(nèi)部熒光光學(xué)特性的分布圖像，從而可以從分子 和細(xì)胞水平上對(duì)正?；虍惓５纳镞^程進(jìn)行空間和時(shí)間上的視覺描述，是一種高靈敏度、 無電離輻射、非侵入式和低成本的成像方式。
但是，在傳統(tǒng)單點(diǎn)光源的激發(fā)方式下，熒光成像僅能獲得激發(fā)光光源能夠照射到 的位置附近的局部熒光信息，而距離激發(fā)光光源較遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)的熒光標(biāo)記物不能被激發(fā)或激 發(fā)過弱，這就導(dǎo)致獲得的熒光圖像信息不完整和不準(zhǔn)確。盡管可以通過連續(xù)多次改變激發(fā) 光光源的位置來獲取不同部位的熒光信息，但這樣會(huì)大大增加成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，同 時(shí)成像時(shí)間也會(huì)成倍增加。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要觀測各種具有不同時(shí)間和空間分布特 性的熒光信號(hào)，尤其是一些快速動(dòng)態(tài)變化的熒光信號(hào)，傳統(tǒng)單點(diǎn)光源的激發(fā)方式就不能滿 足需求。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于激發(fā)熒光成像的可空間編碼的并行 激發(fā)系統(tǒng)及方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)， 其特征在于它包括一由若干單點(diǎn)激發(fā)光源排列成的并行激發(fā)陣列和一空間編碼控制系 統(tǒng)；所述空間編碼控制系統(tǒng)包括微控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊 和激發(fā)時(shí)間控制模塊；其中，所述開關(guān)控制模塊控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的打開或關(guān)閉； 所述輸出光功率控制模塊控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率；所述激發(fā)時(shí)間控制模塊 控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源工作的時(shí)間；所述開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發(fā)時(shí) 間控制模塊對(duì)所述微控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；所述微控制器根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，通過所述 驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)所述并行激發(fā)陣列中各所述單點(diǎn)激發(fā)光源進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)所述空間編 碼控制系統(tǒng)對(duì)所述并行激發(fā)陣列的空間編碼。
所述單點(diǎn)激發(fā)光源為大功率LED或激光二極管。
所述并行激發(fā)陣列為矩形、圓形、扇形或其他形狀的陣列。
一種基于上述系統(tǒng)的可空間編碼的并行激發(fā)方法，其包括以下步驟(1)根據(jù)實(shí) 驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)動(dòng)物和熒光標(biāo)記物等具體實(shí)驗(yàn)條件，確定所需要的并行激發(fā)模式；(2)將確定好的并行激發(fā)模式輸入空間編碼控制系統(tǒng)，通過空間編碼控制系統(tǒng)中的各模塊設(shè)置各單點(diǎn) 激發(fā)光源的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)并行激發(fā)陣列的空間編碼；(3)在已空間編碼的并行激發(fā)陣 列激發(fā)下進(jìn)行熒光成像。
所述并行激發(fā)模式的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)所需的所述單點(diǎn)激發(fā)光源的數(shù)量、分布以及各 所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間和激發(fā)次序，具體包括以下四種模式①當(dāng)需要 對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物的全身分布情況進(jìn)行整體成像時(shí)，選擇使用多個(gè)所述單點(diǎn)激發(fā) 光源同時(shí)進(jìn)行激發(fā)，所述單點(diǎn)激發(fā)光源的數(shù)量由實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體積大小決定，各所述單點(diǎn)激 發(fā)光源的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；②當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)某一較 小區(qū)域中熒光標(biāo)記物的分布情況進(jìn)行局部成像時(shí)，根據(jù)該區(qū)域所處的位置決定選擇使用某 一所述單點(diǎn)激發(fā)光源進(jìn)行激發(fā)，所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn) 需求確定；③當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物遷移的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行追蹤時(shí)，選擇使用多 個(gè)所述單點(diǎn)激發(fā)光源依次進(jìn)行激發(fā)，各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的激發(fā)時(shí)間設(shè)置為與熒光標(biāo)記物 在該點(diǎn)的通過時(shí)間相符合，輸出光功率根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；④根據(jù)實(shí)際需要選擇使用 逐點(diǎn)掃描激發(fā)、各行/列依次激發(fā)、隔行/列激發(fā)或兩行/列交替激發(fā)的模式。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，與已有技術(shù)相比較，其具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用 空間編碼式并行激發(fā)技術(shù)，可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)制點(diǎn)光源陣列的中各單點(diǎn)激發(fā)光源的工作狀 態(tài)，既能用于整體觀測實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物分布的時(shí)間、空間特性，又能對(duì)局部區(qū)域中 熒光標(biāo)記物的分布情況進(jìn)行特寫觀察，還可以用來對(duì)特定熒光標(biāo)記物的遷移過程進(jìn)行動(dòng)態(tài) 追蹤等。與現(xiàn)有單點(diǎn)光源的激發(fā)方式相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的可空間編碼的并行激發(fā)方式具有 靈活、高效、使用方便、成像時(shí)間和空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖
圖2是本發(fā)明中并行激發(fā)陣列結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括一并行激發(fā)陣列1和一空間編碼控制系統(tǒng)2。
如圖2所示，并行激發(fā)陣列1包括若干單點(diǎn)激發(fā)光源11 (圖中標(biāo)記為Su，i表示 單點(diǎn)激發(fā)光源11所在行，j表示單點(diǎn)激發(fā)光源11所在列)，若干單點(diǎn)激發(fā)光源11排列成m 行Xn列的陣列，相鄰兩列間距為Cl1，相鄰兩行間距為的d2，其中m、η、屯、d2的具體數(shù)值根 據(jù)實(shí)際需要確定。
如圖1所示，空間編碼控制系統(tǒng)2包括微控制器21、驅(qū)動(dòng)模塊22、開關(guān)控制模塊 23、輸出光功率控制模塊M和激發(fā)時(shí)間控制模塊25。其中，開關(guān)控制模塊23控制各單點(diǎn)激 發(fā)光源11的打開或關(guān)閉；輸出光功率控制模塊M控制各單點(diǎn)激發(fā)光源11的輸出光功率； 激發(fā)時(shí)間控制模塊25控制各單點(diǎn)激發(fā)光源11工作的時(shí)間。開關(guān)控制模塊23、輸出光功率 控制模塊M和激發(fā)時(shí)間控制模塊25對(duì)微控制器21進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。微控制器21根據(jù)相應(yīng) 的參數(shù)設(shè)置，通過驅(qū)動(dòng)模塊22對(duì)并行激發(fā)陣列2中各單點(diǎn)激發(fā)光源11進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置， 實(shí)現(xiàn)空間編碼控制系統(tǒng)2對(duì)并行激發(fā)陣列1的空間編碼。
上述實(shí)施例中，單點(diǎn)激發(fā)光源11可以為大功率LED (發(fā)光二級(jí)光)或激光二極管。
上述實(shí)施例中，若干單點(diǎn)激發(fā)光源11也可以根據(jù)不同需求排列成圓形、扇形或其 他形狀的陣列。
本發(fā)明的可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)在激發(fā)熒光成像中的使用包括以下步驟
(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)動(dòng)物和熒光標(biāo)記物等具體實(shí)驗(yàn)條件，確定所需要的并行激 發(fā)模式。并行激發(fā)模式的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)所需的單點(diǎn)激發(fā)光源11的數(shù)量、分布以及各單點(diǎn)激 發(fā)光源11的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間和激發(fā)次序等，具體包括以下四種模式
①當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物的全身分布情況進(jìn)行整體成像時(shí)，可以選擇 使用S11 Slj，Sil Sij共iX j個(gè)單點(diǎn)激發(fā)光源11同時(shí)進(jìn)行激發(fā)。其中，i、j的具體值由 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體積大小決定，各單點(diǎn)激發(fā)光源11的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求 確定；
②當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)某一較小區(qū)域中熒光標(biāo)記物的分布情況進(jìn)行局部成像 時(shí)，可以選擇使用Sij單點(diǎn)激發(fā)光源11進(jìn)行激發(fā)。其中，i、j的具體值由該區(qū)域所處的位置 決定，單點(diǎn)激發(fā)光源11的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；
③當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物遷移的動(dòng)態(tài)過程(假設(shè)其遷移路徑為 S11 — S12 — S22 — S32 — S33 — S34)進(jìn)行追蹤時(shí)，可以選擇使用 Sn、S12、S22> S32> S33> S34 各點(diǎn) 依次進(jìn)行激發(fā)，各單點(diǎn)激發(fā)光源11的激發(fā)時(shí)間設(shè)置為與熒光標(biāo)記物在該點(diǎn)的通過時(shí)間相 符合，輸出光功率根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；
④還可以根據(jù)實(shí)際需要選擇使用其他的并行激發(fā)模式，如逐點(diǎn)掃描激發(fā)、各行 (列)依次激發(fā)、隔行(列)激發(fā)、兩行(列)交替激發(fā)等。
(2)根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定所需要的并行激發(fā)模式后，將并行激發(fā)模式的內(nèi)容輸 入空間編碼控制系統(tǒng)2，通過空間編碼控制系統(tǒng)2中的各模塊設(shè)置各單點(diǎn)激發(fā)光源11的工 作狀態(tài)(包括單點(diǎn)激發(fā)光源11打開與否、其輸出光功率和激發(fā)時(shí)間，以及多個(gè)單點(diǎn)激發(fā)光 源11間的激發(fā)次序等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)并行激發(fā)陣列1的空間編碼。
(3)在已空間編碼的并行激發(fā)陣列1激發(fā)下進(jìn)行熒光成像。
(4) 一次成像結(jié)束后，可根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)需求，通過空間編碼控制系統(tǒng)2調(diào)整并行激 發(fā)陣列1的工作模式，進(jìn)行新的熒光成像實(shí)驗(yàn)。
本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有 所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同 變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)，其特征在于它包括一由若干單點(diǎn)激發(fā)光源排列 成的并行激發(fā)陣列和一空間編碼控制系統(tǒng)；所述空間編碼控制系統(tǒng)包括微控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊 和激發(fā)時(shí)間控制模塊；其中，所述開關(guān)控制模塊控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的打開或關(guān)閉； 所述輸出光功率控制模塊控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率；所述激發(fā)時(shí)間控制模塊 控制各所述單點(diǎn)激發(fā)光源工作的時(shí)間；所述開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發(fā)時(shí) 間控制模塊對(duì)所述微控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；所述微控制器根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，通過所述 驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)所述并行激發(fā)陣列中各所述單點(diǎn)激發(fā)光源進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)所述空間編 碼控制系統(tǒng)對(duì)所述并行激發(fā)陣列的空間編碼。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述單點(diǎn)激發(fā) 光源為大功率LED或激光二極管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)，其特征在于所述并行 激發(fā)陣列為矩形、圓形、扇形或其他形狀的陣列。
4.一種基于權(quán)利要求1 3所述系統(tǒng)的可空間編碼的并行激發(fā)方法，其包括以下步驟(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)動(dòng)物和熒光標(biāo)記物等具體實(shí)驗(yàn)條件，確定所需要的并行激發(fā)模式；(2)將確定好的并行激發(fā)模式輸入空間編碼控制系統(tǒng)，通過空間編碼控制系統(tǒng)中的各 模塊設(shè)置各單點(diǎn)激發(fā)光源的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)并行激發(fā)陣列的空間編碼；(3)在已空間編碼的并行激發(fā)陣列激發(fā)下進(jìn)行熒光成像。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可空間編碼的并行激發(fā)方法，其特征在于所述并行激發(fā) 模式的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)所需的所述單點(diǎn)激發(fā)光源的數(shù)量、分布以及各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸 出光功率、激發(fā)時(shí)間和激發(fā)次序，具體包括以下四種模式①當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物的全身分布情況進(jìn)行整體成像時(shí)，選擇使用多個(gè) 所述單點(diǎn)激發(fā)光源同時(shí)進(jìn)行激發(fā)，所述單點(diǎn)激發(fā)光源的數(shù)量由實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體積大小決定， 各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；②當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)某一較小區(qū)域中熒光標(biāo)記物的分布情況進(jìn)行局部成像時(shí)，根 據(jù)該區(qū)域所處的位置決定選擇使用某一所述單點(diǎn)激發(fā)光源進(jìn)行激發(fā)，所述單點(diǎn)激發(fā)光源的 輸出光功率、激發(fā)時(shí)間根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；③當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)熒光標(biāo)記物遷移的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行追蹤時(shí)，選擇使用多個(gè)所述 單點(diǎn)激發(fā)光源依次進(jìn)行激發(fā)，各所述單點(diǎn)激發(fā)光源的激發(fā)時(shí)間設(shè)置為與熒光標(biāo)記物在該點(diǎn) 的通過時(shí)間相符合，輸出光功率根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需求確定；④根據(jù)實(shí)際需要選擇使用逐點(diǎn)掃描激發(fā)、各行/列依次激發(fā)、隔行/列激發(fā)或兩行/列 交替激發(fā)的模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可空間編碼的并行激發(fā)系統(tǒng)及方法，其特征在于它包括一由若干單點(diǎn)激發(fā)光源排列成的并行激發(fā)陣列和一空間編碼控制系統(tǒng)；空間編碼控制系統(tǒng)包括微控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發(fā)時(shí)間控制模塊；其中，開關(guān)控制模塊控制各單點(diǎn)激發(fā)光源的打開或關(guān)閉；輸出光功率控制模塊控制各單點(diǎn)激發(fā)光源的輸出光功率；激發(fā)時(shí)間控制模塊控制各單點(diǎn)激發(fā)光源工作的時(shí)間；開關(guān)控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發(fā)時(shí)間控制模塊對(duì)微控制器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；微控制器根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，通過驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)并行激發(fā)陣列中各單點(diǎn)激發(fā)光源進(jìn)行工作狀態(tài)設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)空間編碼控制系統(tǒng)對(duì)并行激發(fā)陣列的空間編碼。本發(fā)明具有靈活、高效、使用方便、成像時(shí)間和空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102036602SQ201080000866
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者劉欣, 劉飛, 張賓, 汪待發(fā), 白凈, 陳頎瀟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)