[发明专利]用于活动动物脑皮层功能观测的多模式成像系统

说明书

技术领域

 本发明涉及生物医学成像技术，特别是内源信号光学成像技术、激光散斑衬比成像技术和荧光成像技术的结合，并基于光纤成像技术，能够对清醒活动状态下的小动物进行脑皮层多模式成像。

背景技术

脑功能光学成像是一直是神经科学研究领域一种极为重要的研究手段。目前，国内外普遍开展的脑功能光学成像方法包括各种荧光成像，内源信号光学成像，近红外光成像，激光散斑成像等多种成像方法。这些成像方法大多数应用在已经麻醉处理过并且固定在实验台上的小动物身上。虽然基于麻醉实验小动物上的光学成像系统已经得到很普遍的应用，并且可以为脑功能科学研究提供一个很稳定的平台，但麻醉状态下动物对各种刺激的生理反应与清醒活动状态下的反应可能不一致，并且麻醉剂肯定会对动物的生理机能产生影响，从而使得获取的生理参数不能完全正确地反映动物真实生理状态的变化，一些研究者开始尝试用各种的装置将目前已较为成熟的光学成像方法应用到清醒活动的实验动物身上。

目前用于清醒小动物脑皮层观测的装置主要有两种：一是头部受限式，这种装置主要是将实验小动物头部严格固定，保证成像时动物头部静止不动，但其身体和四肢可在一定程度上自由运动， 其缺点是这种装置只能使小动物做头部受限制的活动，并非完全自由活动。二是光纤传导式，这种装置主要是通过传像光纤束导出观测区域的光信号，主要被用来进行荧光成像，可以保证试验小动物完全自由活动，其缺点是这种成像装置观测区域小，仅适用于单一的荧光成像，不能同时进行多种模式的脑功能成像观测。

内源信号光学成像是一种优越的在体脑功能成像技术，通过测量皮层反射光，可以反映脑部血容量的变化；激光散斑衬比成像技术可以对动物脑皮层血流进行实时全场成像；荧光成像技术则可以反映动物脑部神经活动的变化，这三种成像模式的结合可以监测脑部生理活动的多种参数，对研究生理与疾病状态下脑的神经—血管耦合意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够用于清醒活动动物脑皮层功能观测的多模式成像系统，该成像系统解决了在清醒并自由活动状态下，对实验动物进行内源信号光学成像、激光散斑衬比成像以及荧光成像的问题。

本发明提供了一种用于活动动物脑皮层功能观测的多模式成像系统，包括：

光源装置，用于产生多模式成像所需的光源；

传像光纤，用于在实验动物自由活动时将其脑皮层图像传送至分光镜；

传光光纤，用于将光源的光传送至动物脑皮层；

分光镜，用于将传像光纤传送到的成像光束分成三束，分别进行内源信号成像、激光散斑衬比成像和荧光成像；

内源信号光学成像部分，用于内源信号成像；

激光散斑衬比成像部分，用于激光散斑衬比成像；

荧光成像部分，用于荧光成像；

动物活动室，用于实验动物自由活动；

图像采集卡，用于图像采集；

计算机，用于系统控制，接收图像采集卡采集的图像并进行处理。

由上可知，当实验动物在活动室自由活动时，传光光纤一端连接光源装置，另一端固定于动物头部，可将光源系统的光传送至动物脑皮层，而传像光纤一端固定于动物头部，另一端固定于分光镜前，可将动物脑皮层图像传送至分光镜。分光镜再将传像光纤传送的成像光束分成三束，分别送给内源信号成像部分、激光散斑衬比成像部分和荧光成像部分进行成像，并通过计算机进行图像采集和处理。这样，使用本发明所提供的成像系统，可以对清醒的活动动物进行多模式成像。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1是本发明用于活动动物脑皮层观测的多模式成像系统结构图；

图2是本发明中光源装置的结构图；

图3是双带通滤光片随光谱变化的传输效率曲线；

图4是荧光钙绿染料的激发和发射效率随时间的变化曲线；

图5是本发明实施例中对活动动物脑皮层多模式成像的结果图。

具体实施方式

图1为本发明用于活动动物脑皮层观测的多模式成像系统结构图，具体包括：

光源装置1，传光光纤2，传光光纤3，传像光纤4，动物活动室5，分光镜6，滤光片7，电荷耦合器8，图像采集卡9，计算机10，分光镜11，电荷耦合器12，图像采集卡13，计算机14，滤光片15，电荷耦合器16，图像采集卡17，计算机18。