[发明专利]基于光延迟的门控荧光寿命成像装置

说明书

技术领域

本发明属于荧光寿命成像领域，特别涉及一种基于光延迟的门控荧光寿命成像装置。

背景技术

生物体内很多物质都具有自体荧光，如某几类氨基酸、NADPH、黄素及黑色素等，其寿命多为纳秒量级。外源性荧光利用荧光团与特异性的目标分子结合，实现目标分子的标记：主要的荧光团可分为以下几类：有机染料，荧光蛋白，量子点和长寿命稀土配合物。有机染料如Cy₅，Rhodamin系列从紫外到红外波段都有相应的染料，其荧光寿命也从ns量级到几十ns不等。常用的荧光蛋白如ECPF、mRFP1的激发波长多在400-500nm，荧光寿命多在几ns不等。量子点纳米颗粒的波长范围可覆盖300-1000nm，荧光寿命也在几十到100ns。长寿命稀土配合物拥有更长的stokes位移和μs甚至ms量级的荧光寿命。出射荧光携带着特征分子或荧光团所处微环境的变化信息，对生化过程中的特征分子或荧光团进行成像，可反映组织内部生化反应的机理。荧光衰减可分为瞬态荧光和稳态荧光两类。很多重要的生化过程，如蛋白质折叠，光合作用中的碳固定和荧光共振能量转移等过程都发生在ms至百ms之间，可通过瞬态荧光成像技术进行测量。稳态荧光过程不涉及快速的生化过程，如癌组织分辨等。荧光寿命成像方法可区分荧光强度成像方法无法分辨的目标分子，且不受激发光强度、荧光团浓度、光漂白等因素影响。正常和病变组织的自体荧光不同，同时组织生理活动的变化会直接影响荧光寿命的变化。本发明旨在实现对自体荧光及外源性荧光的寿命成像，为病变组织分辨、组织生理活动探测等研究提供成像手段，在医疗和生物医学研究等领域具有重要的应用前景。

荧光寿命成像的主要实现方法有频域法和时域法两种。频域方法主要通过调制和解调正弦信号实现，原理清晰，设备简单，但精度不高，如专利CN101632577-A提出了一基于频域荧光寿命成像的牙釉质矿物质含量检测的方法和装置。与之相比，时域方法因其更高的时间分辨率得到了更广泛的应用，主要实现方法有扫描相机技术、单光子计数和门控技术三种。扫描相机具有很高的时间和空间分辨率，但是价格昂贵，如专利CN1737536-A介绍了一种五维荧光显微成像技术获取样品的空间、时间和光谱信息，其中通过扫描相机获取寿命信息。单光子计数拥有很高的时间分辨率，但成像速度较慢，如专利CN101181152-A介绍了一种用于眼底病变早期诊断的时间分辨自体荧光寿命成像方法和装置，其本质是基于时间相关单光子计数的激光扫描共聚焦技术。门控方法虽时间分辨率不及单光子计数，但拥有成像速度快，可用于宽场成像等优势。

门控荧光寿命成像系统常采用光电混合延迟方法。根据有无采用激光作为参考光同步可将此类方法分为两类：内触发方式和外触发方式。内触发方式不采用激光作为参考光，而是直接同步激光器和门控图像增强器的触发信号(Sun Y et al.Fluorescence lifetime imaging microscopy for brain tumor image-guided surgery.Journal of Biomedical Optics，2010，15(5)：056022)；外触发方式从激光中分束作为参考光来同步门控图像增强器(Wang XF et al.A two-dimensional fluorescence lifetime imaging system using a gated image intensifier.Applied Spectroscopy，1991，45(3)：360-366)。电延迟装置虽灵活，但要求较高的延迟精度因而对硬件性能要求较高，同时也增加了系统的复杂度。

以上专利和文献提出了各种针对稳态荧光寿命获取的成像方法，但均未解决瞬态荧光成像问题。鉴于此，本发明提出基于光延迟的门控荧光寿命成像方法和装置，以实现快速荧光寿命成像解决瞬态荧光成像问题，同时本发明也可应用于稳态荧光寿命成像。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的主要目的在于提出一种基于光延迟的荧光寿命成像装置，以分别获取生物自体荧光物质或外源性荧光物质的瞬态或稳态荧光寿命图像。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于光延迟的荧光寿命成像装置，包括：