[发明专利]一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像与图像处理模式识别领域，涉及一种瞬时正交光学投影层析成像系统。

背景技术

揭示生命的本质、关注人类健康是当代科技发展的主线。通过对生物样本进行成像来研究样本的结构特点和生理功能，可达到为医学临床诊断提供客观依据的目的。光学投影层析成像(Optical Projection Tomography，OPT)技术将CT技术和显微技术相结合，能对荧光和非荧光物质进行三维成像的新技术。OPT具有比核磁共振更高的分辨率，可达微米量级；具有比共焦显微成像更大的成像深度，能够对厚达十几毫米的样品进行成像，也可以利用彩色或荧光染料对样本进行组织特异性或基因特异性着色处理。OPT成像时，先采集样品不同断层在不同角度下的投影数据，再由计算机对这些数据运用Radon逆变换来重组图像。OPT在组织发育、基因表达、以及医疗诊断等方面的研究中具有重要价值。

了解生物系统不仅需要研究细胞的空间分布，还需要研究它们随时间的动态变化。研究细胞的动态即细胞的移动情况，这对研究疾病变化、癌症转移是极为重要的。组织中被迫坏地方会有炎症反应，免疫细胞会发生变化，这时白细胞会增多。细胞移动情况可以依据组织内的三维模型展开。在染病的模型中，研究活体生物体内细胞移动，这对生物医药机理研究具有重要的现实意义。

在生物样本方面，斑马鱼幼体已经被用来作为炎症研究重要模式生物，因为它有较短的生殖周期，胚胎具有透明度，容易进行药物试验，可以利用基因和分子的处理进行一系列操作。另外，斑马鱼的透明特征使完整的生物体的生理和病理过程变得可视化，有助于进一步了解生物对生病和受伤的全部反应。因此，出现了一些利用荧光显微法对斑马鱼体内子区域细胞移动进行二维和三维成像的研究，但是目前为止对整条斑马鱼进行时间延迟细胞追踪技术还没有相关报道。

针对我国生物医药领域的发展和对高精度研究生物功能信息的需求，为了更好的研究疾病发展、生命活动及药物作用，本发明提出利用角度复用的OPT系统对斑马鱼体胚胎内的中性粒细胞进行三维跟踪和形态学特征提取，希望得到较高的时间延迟分辨率，降低对样本的光辐射。利用瞬时正交成像技术(在相互垂直的CCD同时采集两幅图像)来定位和跟踪细胞的运动。研究细胞检测与识别算法，提取细胞的多参量形态学特征。为生物组织研究和医药运行机理提供新的技术手段和思路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的一种高精度瞬时正交光学投影层析成像系统。

为了达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：将一个转基因突变的斑马鱼胚胎作为一个标准模型，标准模型是透明的，并且体内中性粒细胞中能表达出绿色荧光蛋白；对活体内中性粒细胞移动进行延时成像；

转基因突变的斑马鱼胚胎放入在胚胎培养液中培养，在受精几天后嵌入到低熔点琼脂，低熔点琼脂用于增加水的黏度，阻止麻醉的转基因突变的斑马鱼胚胎的运动，低熔点琼脂内含麻醉剂；

转基因突变的斑马鱼胚胎在麻醉后，被吸入透明的FEP氟化乙丙烯管子，在成像前，弄伤尾巴，提供了一个炎症刺激，形成一个样本；

高精度瞬时正交光学投影层析成像系统包括有：散射片、光学快门、激光器、旋转台、EF滤光片A，L1镜筒透镜A、可调光阑A、L2镜筒透镜A、CCD相机A、EF滤光片B、L1镜筒透镜B、可调光阑B、L2镜筒透镜B、CCD相机B、采集装置、电动控制快门、控制模块、光学感应模块、数据存储模块、匹配模块，查询模块；

控制模块用Labview编程语言编程控制的部件有光学快门、旋转台、CCD相机A和CCD相机B，样本悬浮在一个装满水的容器里，将装满水的容器固定在旋转台上，用一个473nm，25mw激光器用作宽场激发；宽场激发出的荧光在CCD相机A、CCD相机B上成像；用L1套筒透镜A和L2套筒透镜A作为消色差双合透镜在正交投影角度通过激发滤光片A产生的合适的视场和放大率；用L1套筒透镜B和L2套筒透镜B作为消色差双合透镜在正交投影角度通过激发滤光片B产生的合适的视场和放大率；用分别位于L1套筒透镜A和L1套筒透镜B焦平面上的调节光阑A和调节光阑B，从而产生一个有效采集数值孔径，与透明的FEP氟化乙丙烯管子的内直径近似匹配；一个电动控制快门直接放置在激光器后避免投影采集期间的曝光；采集装置的参数设置和硬件控制通过编程进行实现，并包括有数据采集板、信号发生器；数据采集板的电平信号可以通过信号发生器进行同步触发；

控制模块，用于根据查询模块的数据进行控制信号发生器；