專利名稱：一種可空間編碼的并行激發系統及方法
技術領域：
本發明涉及光學分子成像技術，特別是關于一種用于激發熒光成像的可空間編碼 的并行激發系統及方法。
背景技術：
熒光分子成像技術是近年發展迅速的一種新興的分子成像技術，在腫瘤檢測、藥 物研發和疾病診斷等領域有著廣闊的應用前景。激發熒光分子成像技術是利用熒光標記物 標記特定的分子或細胞，當用特定波段的激發光照射熒光標記物時，熒光標記物受到激發 從而發出熒光。經過組織的散射和吸收后，部分熒光到達成像物體表面，通過采用一定的裝 置檢測產生的熒光強度，就可以獲得組織內部熒光光學特性的分布圖像，從而可以從分子 和細胞水平上對正常或異常的生物過程進行空間和時間上的視覺描述，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，在傳統單點光源的激發方式下，熒光成像僅能獲得激發光光源能夠照射到 的位置附近的局部熒光信息，而距離激發光光源較遠區域內的熒光標記物不能被激發或激 發過弱，這就導致獲得的熒光圖像信息不完整和不準確。盡管可以通過連續多次改變激發 光光源的位置來獲取不同部位的熒光信息，但這樣會大大增加成像系統的結構復雜度，同 時成像時間也會成倍增加。在實際應用中，常常需要觀測各種具有不同時間和空間分布特 性的熒光信號，尤其是一些快速動態變化的熒光信號，傳統單點光源的激發方式就不能滿 足需求。發明內容
針對以上問題，本發明的目的是提供一種用于激發熒光成像的可空間編碼的并行 激發系統及方法。
為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種可空間編碼的并行激發系統， 其特征在于它包括一由若干單點激發光源排列成的并行激發陣列和一空間編碼控制系 統；所述空間編碼控制系統包括微控制器、驅動模塊、開關控制模塊、輸出光功率控制模塊 和激發時間控制模塊；其中，所述開關控制模塊控制各所述單點激發光源的打開或關閉； 所述輸出光功率控制模塊控制各所述單點激發光源的輸出光功率；所述激發時間控制模塊 控制各所述單點激發光源工作的時間；所述開關控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發時 間控制模塊對所述微控制器進行參數設置；所述微控制器根據相應的參數設置，通過所述 驅動模塊對所述并行激發陣列中各所述單點激發光源進行工作狀態設置，實現所述空間編 碼控制系統對所述并行激發陣列的空間編碼。
所述單點激發光源為大功率LED或激光二極管。
所述并行激發陣列為矩形、圓形、扇形或其他形狀的陣列。
一種基于上述系統的可空間編碼的并行激發方法，其包括以下步驟(1)根據實 驗目的、實驗動物和熒光標記物等具體實驗條件，確定所需要的并行激發模式；(2)將確定好的并行激發模式輸入空間編碼控制系統，通過空間編碼控制系統中的各模塊設置各單點 激發光源的工作狀態，實現對并行激發陣列的空間編碼；(3)在已空間編碼的并行激發陣 列激發下進行熒光成像。
所述并行激發模式的內容包括實驗所需的所述單點激發光源的數量、分布以及各 所述單點激發光源的輸出光功率、激發時間和激發次序，具體包括以下四種模式①當需要 對實驗動物體內熒光標記物的全身分布情況進行整體成像時，選擇使用多個所述單點激發 光源同時進行激發，所述單點激發光源的數量由實驗動物的體積大小決定，各所述單點激 發光源的輸出光功率、激發時間根據具體實驗需求確定；②當需要對實驗動物體內某一較 小區域中熒光標記物的分布情況進行局部成像時，根據該區域所處的位置決定選擇使用某 一所述單點激發光源進行激發，所述單點激發光源的輸出光功率、激發時間根據具體實驗 需求確定；③當需要對實驗動物體內熒光標記物遷移的動態過程進行追蹤時，選擇使用多 個所述單點激發光源依次進行激發，各所述單點激發光源的激發時間設置為與熒光標記物 在該點的通過時間相符合，輸出光功率根據具體實驗需求確定；④根據實際需要選擇使用 逐點掃描激發、各行/列依次激發、隔行/列激發或兩行/列交替激發的模式。
本發明由于采取以上技術方案，與已有技術相比較，其具有以下優點本發明采用 空間編碼式并行激發技術，可根據實際需求設制點光源陣列的中各單點激發光源的工作狀 態，既能用于整體觀測實驗動物體內熒光標記物分布的時間、空間特性，又能對局部區域中 熒光標記物的分布情況進行特寫觀察，還可以用來對特定熒光標記物的遷移過程進行動態 追蹤等。與現有單點光源的激發方式相比，本發明設計的可空間編碼的并行激發方式具有 靈活、高效、使用方便、成像時間和空間分辨率高的優點，適用范圍廣。
圖1是本發明的結構框圖
圖2是本發明中并行激發陣列結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
如圖1所示，本發明包括一并行激發陣列1和一空間編碼控制系統2。
如圖2所示，并行激發陣列1包括若干單點激發光源11 (圖中標記為Su，i表示 單點激發光源11所在行，j表示單點激發光源11所在列)，若干單點激發光源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的具體數值根 據實際需要確定。
如圖1所示，空間編碼控制系統2包括微控制器21、驅動模塊22、開關控制模塊 23、輸出光功率控制模塊M和激發時間控制模塊25。其中，開關控制模塊23控制各單點激 發光源11的打開或關閉；輸出光功率控制模塊M控制各單點激發光源11的輸出光功率； 激發時間控制模塊25控制各單點激發光源11工作的時間。開關控制模塊23、輸出光功率 控制模塊M和激發時間控制模塊25對微控制器21進行參數設置。微控制器21根據相應 的參數設置，通過驅動模塊22對并行激發陣列2中各單點激發光源11進行工作狀態設置， 實現空間編碼控制系統2對并行激發陣列1的空間編碼。
上述實施例中，單點激發光源11可以為大功率LED (發光二級光)或激光二極管。
上述實施例中，若干單點激發光源11也可以根據不同需求排列成圓形、扇形或其 他形狀的陣列。
本發明的可空間編碼的并行激發系統在激發熒光成像中的使用包括以下步驟
(1)根據實驗目的、實驗動物和熒光標記物等具體實驗條件，確定所需要的并行激 發模式。并行激發模式的內容包括實驗所需的單點激發光源11的數量、分布以及各單點激 發光源11的輸出光功率、激發時間和激發次序等，具體包括以下四種模式
①當需要對實驗動物體內熒光標記物的全身分布情況進行整體成像時，可以選擇 使用S11 Slj，Sil Sij共iX j個單點激發光源11同時進行激發。其中，i、j的具體值由 實驗動物的體積大小決定，各單點激發光源11的輸出光功率、激發時間根據具體實驗需求 確定；
②當需要對實驗動物體內某一較小區域中熒光標記物的分布情況進行局部成像 時，可以選擇使用Sij單點激發光源11進行激發。其中，i、j的具體值由該區域所處的位置 決定，單點激發光源11的輸出光功率、激發時間根據具體實驗需求確定；
③當需要對實驗動物體內熒光標記物遷移的動態過程(假設其遷移路徑為 S11 — S12 — S22 — S32 — S33 — S34)進行追蹤時，可以選擇使用 Sn、S12、S22> S32> S33> S34 各點 依次進行激發，各單點激發光源11的激發時間設置為與熒光標記物在該點的通過時間相 符合，輸出光功率根據具體實驗需求確定；
④還可以根據實際需要選擇使用其他的并行激發模式，如逐點掃描激發、各行 (列)依次激發、隔行(列)激發、兩行(列)交替激發等。
(2)根據具體實驗需求確定所需要的并行激發模式后，將并行激發模式的內容輸 入空間編碼控制系統2，通過空間編碼控制系統2中的各模塊設置各單點激發光源11的工 作狀態(包括單點激發光源11打開與否、其輸出光功率和激發時間，以及多個單點激發光 源11間的激發次序等)，實現對并行激發陣列1的空間編碼。
(3)在已空間編碼的并行激發陣列1激發下進行熒光成像。
(4) 一次成像結束后，可根據新的實驗需求，通過空間編碼控制系統2調整并行激 發陣列1的工作模式，進行新的熒光成像實驗。
本發明僅以上述實施例進行說明，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有 所變化的，在本發明技術方案的基礎上，凡根據本發明原理對個別部件進行的改進和等同 變換，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種可空間編碼的并行激發系統，其特征在于它包括一由若干單點激發光源排列 成的并行激發陣列和一空間編碼控制系統；所述空間編碼控制系統包括微控制器、驅動模塊、開關控制模塊、輸出光功率控制模塊 和激發時間控制模塊；其中，所述開關控制模塊控制各所述單點激發光源的打開或關閉； 所述輸出光功率控制模塊控制各所述單點激發光源的輸出光功率；所述激發時間控制模塊 控制各所述單點激發光源工作的時間；所述開關控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發時 間控制模塊對所述微控制器進行參數設置；所述微控制器根據相應的參數設置，通過所述 驅動模塊對所述并行激發陣列中各所述單點激發光源進行工作狀態設置，實現所述空間編 碼控制系統對所述并行激發陣列的空間編碼。
2.如權利要求1所述的一種可空間編碼的并行激發系統，其特征在于所述單點激發 光源為大功率LED或激光二極管。
3.如權利要求1或2所述的一種可空間編碼的并行激發系統，其特征在于所述并行 激發陣列為矩形、圓形、扇形或其他形狀的陣列。
4.一種基于權利要求1 3所述系統的可空間編碼的并行激發方法，其包括以下步驟(1)根據實驗目的、實驗動物和熒光標記物等具體實驗條件，確定所需要的并行激發模式；(2)將確定好的并行激發模式輸入空間編碼控制系統，通過空間編碼控制系統中的各 模塊設置各單點激發光源的工作狀態，實現對并行激發陣列的空間編碼；(3)在已空間編碼的并行激發陣列激發下進行熒光成像。
5.如權利要求4所述的一種可空間編碼的并行激發方法，其特征在于所述并行激發 模式的內容包括實驗所需的所述單點激發光源的數量、分布以及各所述單點激發光源的輸 出光功率、激發時間和激發次序，具體包括以下四種模式①當需要對實驗動物體內熒光標記物的全身分布情況進行整體成像時，選擇使用多個 所述單點激發光源同時進行激發，所述單點激發光源的數量由實驗動物的體積大小決定， 各所述單點激發光源的輸出光功率、激發時間根據具體實驗需求確定；②當需要對實驗動物體內某一較小區域中熒光標記物的分布情況進行局部成像時，根 據該區域所處的位置決定選擇使用某一所述單點激發光源進行激發，所述單點激發光源的 輸出光功率、激發時間根據具體實驗需求確定；③當需要對實驗動物體內熒光標記物遷移的動態過程進行追蹤時，選擇使用多個所述 單點激發光源依次進行激發，各所述單點激發光源的激發時間設置為與熒光標記物在該點 的通過時間相符合，輸出光功率根據具體實驗需求確定；④根據實際需要選擇使用逐點掃描激發、各行/列依次激發、隔行/列激發或兩行/列 交替激發的模式。
全文摘要
本發明涉及一種可空間編碼的并行激發系統及方法，其特征在于它包括一由若干單點激發光源排列成的并行激發陣列和一空間編碼控制系統；空間編碼控制系統包括微控制器、驅動模塊、開關控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發時間控制模塊；其中，開關控制模塊控制各單點激發光源的打開或關閉；輸出光功率控制模塊控制各單點激發光源的輸出光功率；激發時間控制模塊控制各單點激發光源工作的時間；開關控制模塊、輸出光功率控制模塊和激發時間控制模塊對微控制器進行參數設置；微控制器根據相應的參數設置，通過驅動模塊對并行激發陣列中各單點激發光源進行工作狀態設置，從而實現空間編碼控制系統對并行激發陣列的空間編碼。本發明具有靈活、高效、使用方便、成像時間和空間分辨率高的優點，適用范圍廣。
文檔編號H05B37/02GK102036602SQ201080000866
公開日2011年4月27日 申請日期2010年3月2日 優先權日2010年3月2日
發明者劉欣, 劉飛, 張賓, 汪待發, 白凈, 陳頎瀟 申請人:清華大學