阅读说明：本技术 一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统 (Four-mode photoacoustic, ultrasonic, fluorescence and optical imaging microscope system ) 是由 杨斐 熊科迪 王志阳 王巍 陈钰盈 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统,包括光声、超声成像系统、荧光成像系统以及光学成像系统。所述光声、超声成像系统,包括超声换能器、物镜、二向色镜、准直器；激光经过准直器、二向色镜和物镜,超声换能器进行超声、光声信号采集；所述荧光成像系统,包括荧光拍摄相机、荧光光源；荧光光源照射样品产生激发光,透过二向色镜经过滤光片滤光,由荧光拍摄相机拍摄；所述光学成像系统,光源照射样品的像经物镜聚焦,移动反射镜反射由荧光拍摄相机接收。本发明能够同时或独立进行光声、超声扫描成像,荧光、光学成像可通过光路转换拍摄显像。切换成像模态无需调试,使四模态光声、超声、荧光和光学成像系统之间相互融合。(The invention discloses a four-mode photoacoustic, ultrasonic, fluorescence and optical imaging microscope system, which comprises a photoacoustic imaging system, an ultrasonic imaging system, a fluorescence imaging system and an optical imaging system. The photoacoustic and ultrasonic imaging system comprises an ultrasonic transducer, an objective lens, a dichroic mirror and a collimator; the laser passes through a collimator, a dichroic mirror and an objective lens, and an ultrasonic transducer is used for collecting ultrasonic and photoacoustic signals; the fluorescence imaging system comprises a fluorescence shooting camera and a fluorescence light source; the fluorescence light source irradiates the sample to generate exciting light, the exciting light passes through the dichroic mirror, is filtered by the optical filter and is shot by the fluorescence shooting camera; in the optical imaging system, an image of a sample irradiated by a light source is focused by an objective lens, and is reflected by a movable reflector and received by a fluorescence shooting camera. The invention can simultaneously or independently perform photoacoustic and ultrasonic scanning imaging, and fluorescence and optical imaging can be shot and developed through light path conversion. The imaging modes are switched without debugging, so that four-mode photoacoustic, ultrasonic, fluorescent and optical imaging systems are fused with each other.)

一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统

技术领域

本发明涉及活体小动物显微镜技术领域，特别是涉及活体小动物的一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统。

背景技术

小动物是基础生物医学研究的重要模型，其在模拟人类的生理功能、指导人类的疾病研究和探究有效治疗手段等方面发挥着重要的作用。对小动物模型的高时空分辨率的观察，可以提供生物学过程的详细分析。

小动物成像有很多种方法，很多小动物成像系统利用非光学成像的方法，包括磁共振成像、计算机断层成像等。虽然这些技术具有一定的深度穿透，但仍存在现实的困难与问题，例如磁共振成像成本高昂且采集时间长；计算机断层成像具有一定的安全风险。

纯光学成像对成像组织具有高分辨率与高对比度，超声成像对组织有较深的穿透深度，能够反映组织的声阻抗参数。荧光成像可以反映活体小动物的某些特定的属性。光声成像是一种新型无损医疗成像技术，它是用短脉冲激光辐照光吸收介质，光吸收介质吸收光能量后温度快速升高，介质膨胀产生机械波，由此产生出超声信号，称为光声信号。本申请开展了一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜一体化研究，研制四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统，既可以反映组织表面的高分辨率信息，组织深层的声阻抗参数，活体小动物的免疫和荧光特性，又可以反映组织的光吸收参数。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统，具有在四种模态下自由切换，可独立成像也可同时成像，无需复杂调整，快速准确的实现不同模态成像的功能。

技术方案如下：

一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜，包括超声换能器、物镜、二向色镜、转换立方体、准直器、准直器支架、光纤，所述准直器固定在准直器支架与光纤相连接，将激光引入显微镜主体中，所述二向色镜固定在转换立方体上，反射光纤引入的激光进入物镜与超声换能器。

进一步，还包括连接板，所述准直器支架、转换立方体、物镜均固定在连接板，保证在扫描过程的光声、超声成像的稳定。

进一步，还包括滤光片、荧光光源和荧光拍摄相机，所述二向色镜位于转换立方体中，所述荧光光源照射样品的像，经由转换立方体的二向色镜透射，经过滤光片过滤，由荧光拍摄相机拍摄，二向色镜、滤光片与荧光光源可以根据具体的成像标记探针更换。

一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光学成像系统，包括光学拍摄相机、目镜、光学反射镜、光学反射镜支架、光学反射镜滑轨、光学反射镜支架卡位、白光光源、显微镜外壳，所述光学拍摄相机与目镜固定在显微镜外壳上，所述光学反射镜固定在光学反射镜支架上，所述光学反射镜支架固定在光学反射镜支架滑轨上，控制光学反射镜的上下移动，所述光学反射镜支架滑轨固定在显微镜外壳上。

进一步，还包括反射镜，所述光学反射镜滑轨移动到下端时，更改转换立方体中的二向色镜为反射镜，全反射样品的像进入目镜与光学拍摄相机，为光学成像模态，所述光学反射镜滑轨移动到上端时，进入光声、超声或者荧光模态。

一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光路转换装置，包括二维电动位移平台，所述二维电动位移平台固定在连接板上，所述光声、超声成像系统通过二维电动位移平台扫描成像，所述荧光、光学成像系统通过荧光光源或者白光光源直接照射样品显像。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明的四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统，能够实现光声、超声的同时成像，分别实现光声、超声、荧光以及光学成像，其中，光学成像光路、荧光成像光路与光声成像光路集合到一起，通过光学反射镜的上下移动控制光学成像模态与光声成像模态，通过二向色镜以及滤光片的更换实现荧光成像模态，通过后台主机软件系统控制实现光声成像模态与超声成像模态的同时或者分别成像。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统的整体结构剖视图；

图2为一种三模态光声、超声和光学成像显微镜系统的光路图；

其中，1超声换能器、2物镜、3二向色镜、4转换立方体、5准直器、6准直器支架、7光纤、8连接板、9滤光片、10荧光光源、11荧光拍摄相机、12光学拍摄相机、13目镜、14光学反射镜、15光学反射镜支架、16光学反射镜滑轨、17光学反射镜支架卡位、18白光光源、19显微镜外壳、20二维电动位移平台、21样品。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文是用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体的实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，本发明的目的在于提供了一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统，具有在四种模态下自由切换，可独立成像也可同时成像，无需复杂调整，快速准确的实现不同模态成像的功能。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜系统，包括超声换能器1、物镜2、二向色镜3、转换立方体4，准直器5、准直器支架6、光纤7。所述准直器5固定在准直器支架6上，与光纤7相连接，将激光引入显微镜主体中，所述二向色镜3固定在转换立方体4上，反射引入的激光进入物镜2与超声换能器1中。

所述的一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光声、超声成像系统，还包括连接板8，准直器支架6、转换立方体4、物镜2均固定在连接板8，保证在扫描的过程的光声、超声成像的稳定。

如图1与图2所示，所述的一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的荧光成像系统，还包括滤光片9、荧光光源10与荧光拍摄相机11，所述荧光光源10照射样品21的像，经由转换立方体4的二向色镜3透射，经过滤光片9过滤，由荧光拍摄相机11拍摄，二向色镜3、滤光片9与荧光光源10可以根据具体的成像标记探针更换。

所述的一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光学成像系统，还包括光学拍摄相机12、目镜13、光学反射镜14、光学反射镜支架15、光学反射镜滑轨16、光学反射镜支架卡位17、白光光源18、显微镜外壳19，所述光学拍摄相机12与目镜13固定在显微镜外壳19上，所述光学反射镜14固定在光学反射镜支架15上，所述光学反射镜支架15固定在光学反射镜滑轨16上，控制光学反射镜14的上下移动，所述光学反射镜滑轨16固定在显微镜外壳19上。

所述的一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光学成像系统，还包括可更换的反射镜，位于二向色镜3的位置，所述光学反射镜滑轨16移动到下端时，更改转换立方体4中的二向色镜3为反射镜，全反射样品的像进入目镜13与光学拍摄相机12，为光学成像模态，所述光学反射镜滑轨16移动到上端时，进入光声、超声或者荧光模态。

一种四模态光声、超声、荧光和光学成像显微镜的光路转换装置，还包括二维电动位移平台20，所述二维电动位移平台20固定在连接板8下，所述光声、超声成像系统通过二维电动位移平台20扫描成像，所述荧光、光学成像系统通过荧光光源10或者白光光源18直接照射样品21显像。

总之，本发明能够实现光声、超声、荧光和光学的同时或者独立成像，光学成像光路、荧光成像光路与光声成像光路集合到一起，通过光学反射镜的上下移动控制光学成像模态与光声成像模态，通过二向色镜以及滤光片的更换实现荧光成像模态，通过后台主机软件系统控制实现光声成像模态与超声成像模态的同时或者分别成像。实现了四模态快速灵活简便的切换。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，本申请并不受上述实施例的限制，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有何种的更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。