[发明专利]一种生物神经环路活体成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及成像装置，尤其涉及一种生物神经环路活体成像系统。

背景技术

目前国际领先的光学显微成像技术包括受激发射减损（STED）、结构照明（SIM）和全反射结构照明（TIRF-SIM），光敏定位（PALM）和荧光光敏定位（FPALM），随机光学重建（STORM）等，这些成像技术均突破了原有显微成像技术的成像性能。光学显微成像性能主要包含时间分辨率、空间分辨率、视场和信噪比。在实际成像系统中，上述性能指标之间存在相互制约，即追求某一项性能指标的提升都是以其它一项或多项性能指标的下降为代价实现的。例如，高空间分辨率成像技术会牺牲时间分辨率，高时间分辨率成像技术会牺牲空间分辨率和信噪比，大视场成像技术会牺牲空间和时间分辨率等。目前国内外研制成功的生物显微成像技术，其时间分辨率处于50Hz水平，尚无法捕捉动作电位（微米以及亚微米级尺寸）在神经环路中100Hz以上的快速精细运动。

发明内容

本发明的目的是提出一种生物神经环路活体成像系统，该成像系统能够实现生物行为活动与其神经环路的多尺度精确同步成像，可以用于开展小型模式生物神经环路的活体成像研究。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种生物神经环路活体成像系统，其包括多模式可调光源装置、生物行为成像装置、三轴载物运动装置、感兴趣区域实时追踪装置、生物神经环路成像装置和控制装置，其中：所述多模式可调光源装置向放置在所述三轴载物运动装置上的经荧光标记的生物样本投射照明光以及激发光；所述生物行为成像装置用于获取所述生物样本的行为活动视频，输送给所述控制装置，所述控制装置控制所述三轴载物运动装置的运动，对所述生物样本进行实时锁定；所述感兴趣区域实时追踪装置用于将所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域进行实时锁定；所述生物神经环路成像装置与所述生物行为成像装置同步、用于获取所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域的视频。

进一步地，所述感兴趣区域实时追踪装置包括高速相机、第一二轴扫描镜、显微物镜和第一分光片，其中：所述多模式可调光源装置出射的第一激发光通过所述显微物镜投射在所述生物样本上，所述生物样本内的标记荧光受此激发后产生的第一发射光依次经由所述显微物镜、第一二轴扫描镜和第一分光片，在所述高速相机成像；所述控制装置获取所述高速相机的图像，并通过图像处理算法估计所述高速相机拍摄的当前帧和上一帧图像中感兴趣区域内少数荧光结构的两轴平移量，控制所述第一二轴扫描镜的动作以完成感兴趣区域的平移运动补偿，使所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域实时锁定在100×100μm的中心视场。

进一步地，所述感兴趣区域实时追踪装置还包括聚焦透镜和二向色分光片，其中：所述多模式可调光源装置出射的第一激发光依次经由聚焦透镜和二向色分光片，所述二向色分光片的反射光通过所述显微物镜投射所述生物样本。

进一步地，所述生物神经环路成像装置包括科学级相机和第二二轴扫描镜；其中：所述多模式可调光源装置出射的第二激发光通过所述显微物镜投射在所述生物样本上，所述生物样本内的标记荧光受此激发后产生的第二发射光依次经由所述显微物镜、二向色分光片、第一二轴扫描镜和第一分光片，投射在所述科学级相机上，得到由若干个帧内不同时刻生物神经环路感兴趣区域图像经阵列排布组成的图像，并同步传输给所述控制装置；所述控制装置根据所述科学级相机的外触发信号同步控制所述第二二轴扫描镜在相机的帧内和帧间逐一完成生物神经环路感兴趣区域对应图像子视场的移动切换。

进一步地，所述生物神经环路成像装置还包括薄膜变形镜；所述薄膜变形镜设置在所述第一分光片与所述第二二轴扫描镜之间的光路中，并与所述显微物镜的主平面满足物像共轭位置关系；所述控制装置根据预先标定好的生物神经环路感兴趣区域对应图像各个子视场的波前像差分布，控制所述薄膜变形镜在相机的帧内和帧间逐一完成生物神经环路感兴趣区域对应图像子视场的波前像差补偿。

进一步地，所述生物神经环路成像装置还包括可调视场光阑；所述可调视场光阑设置在所述第一分光片与所述薄膜变形镜之间的中继像面上的矩形通光区域，所述第一二轴扫描镜的动作能够使所述生物样本的生物神经环路感兴趣区域锁定在所述矩形通光区域内。

进一步地，所述生物神经环路成像装置还包括第一滤光片、反射镜和五棱镜，其中：所述第一滤光片设置在所述可调视场光阑与所述薄膜变形镜之间的光路中，透射光经由所述薄膜变形镜依次经由所述反射镜和五棱镜，投射在所述第二二轴扫描镜上。