[发明专利]激光扫描共焦显微镜成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及显微物镜光学检测技术领域，尤其是涉及一种激光扫描共焦显微镜成像系统。

背景技术

激光扫描共焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM）是研究亚微米细微结构的有效技术手段，它是国内外从事生物医学和材料科学研究的科技工作者必备的大型科研仪器。在LSCM中，采用光电倍增管（Photomultiplier Tube，PMT）作为荧光探测器用来采集微弱荧光信号，具有高分辨率、高灵敏度的优点。在极弱光信号下，PMT输出信号呈现脉冲信号输出特性；在微弱光信号下，PMT输出信号呈现出脉冲信号和直流信号叠加的输出特性。

对于LSCM系统，通过X-Y扫描机构驱动扫描光斑运动并遍历样本上的成像区域，从样本返回的荧光信号通过光路后到达PMT，PMT的输出为在扫描时间内的连续模拟电压信号。由于PMT在弱光下的输出随机分布特性，如果直接对这个信号进行AD转换并由此重建图像，则一个恒定光强的样本采样也会得到一个像素点随机明暗强烈变化的图像。可以采用对PMT输出信号过采样后求平均、对像素驻留时间内PMT输出信号进行模拟积分后采样等方式提高其信噪比。

但是，在实际应用中，由于PMT采集光信号的强弱、光信号本身的信噪比存在很大的差异，对于采用对像素驻留时间内的模拟信号进行积分的方案，为满足成像质量需求，需要增强激发荧光的激光强度来提高荧光强度或者延长像素驻留时间以获得更好的信噪比。即需要对成像时间，激光强度，像素积分时间等参数进行多次调整。这个过程需要多次用较强的激光对样本进行多次遍历扫描，容易发生荧光漂白的现象，而影响最终得到图像的质量，而且整个过程需要较长的时间。

发明内容

本发明的目的是：提供一种激光扫描共焦显微镜成像系统，该激光扫描共焦显微镜成像系统能够提高成像质量。

本发明的技术方案是：一种激光扫描共焦显微镜成像系统，包括数据采集单元、光源单元、扫描控制单元、上位机单元及中央控制单元，所述数据采集单元电性连接于所述上位机单元，所述上位机单元电性连接于所述中央控制单元，所述中央控制单元与所述数据采集单元、光源单元及扫描控制单元均电性连接；

所述数据采集单元预扫描待测样品并获得荧光强度数据，所述上位机单元采集所述荧光强度数据并根据所述荧光强度数据计算所述成像系统的扫描参数，所述中央控制单元根据所述上位机单元发送的所述扫描参数，生成对所述数据采集单元、光源单元及扫描控制单元的控制信号，实现对所述待测样品的扫描成像。

下面对上述技术方案进一步解释：

所述扫描参数包括扫描速度、采样点数、像素积分时间、放电时间、激光强度及PMT增益，所述上位机单元根据所述荧光强度数据采用下述优化模型计算所述扫描参数：

maxKPI＝αSNR+βN+γL^-1θV²

所述α、β、γ、θ为各个指标的影响因子，所述KPI为优化目标，所述SNR为图像信噪比评价，所述N为扫描速度指标，所述L为激光强度指标，其中，所述扫描速度指标N与所述像素积分时间成反比，所述采样点数*（所述像素积分时间+所述放电时间）=所述扫描速度^-1，所述SNR＝I(T_int)*F，所述I(T_int)为所述像素积分时间对信号比的影响，所述F为荧光强度，所述F＝KφL(1-e^-εbc)，所述K为仪器常数，所述φ为荧光量子产率，所述ε是样品的克分子消光系数，所述b为样品池的光径长度，所述c为样品浓度，所述V为电压适配指标，所述电压适配指标V代表所述数据采集卡的电压量程与最大信号电压值的差值。

所述中央控制单元接收所述上位机单元发送的激光强度并根据所述激光强度控制所述光源单元发射相应的激光强度。

所述中央控制单元接收所述上位机单元发送的扫描速度并根据所述扫描速度控制所述扫描控制单元驱动扫描振镜的运动。

所述中央控制单元接收所述上位机单元发送的采样点数、像素积分时间及放电时间并根据所述采样点数、像素积分时间及放电时间控制所述数据采集单元生成相应的采样点数、像素积分时间及放电时间。

所述光源单元包括激光器组和声光可调谐滤光器，所述中央控制单元控制所述激光器组对光源光强进行调整及控制所述声光可调谐滤光器对激光进行选通和强度调制。