[发明专利]光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像系统及方法

权利要求书

1.一种光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像系统，其特征在于：包括扫描平移台（1），待成像样品（10），激发光源（2），聚焦透镜（3）、多色仪（4）、MCP位敏阳极探测器（5），时间信号引出模块（6），电荷灵敏前置放大器（7）、光子到达时间和位置同步测量电路（8）和图像重建模块（9）；所述的扫描平移台（1）用于放置待成像样品（10）；所述的激发光源（2）用于照射待成像样品（10）；所述的聚焦透镜（3）、多色仪（4）、MCP位敏阳极探测器（5）依次设置于待成像样品（10）受激发光的传播方向；所述的MCP位敏阳极探测器（5）的外侧连接时间信号引出模块（6）；所述MCP位敏阳极探测器（5的位敏阳极多路输出依次与电荷灵敏前置放大器（7）、光子到达时间和位置同步测量电路（8）、图像重建模块（9）连接；所述时间信号引出模块（6）与所述光子到达时间和位置同步测量电路（8）连接；所述扫描平移台（1）与图像重建模块（9）连接；所述的MCP位敏阳极探测器（5）依次包括入射窗（501），光电阴极（502），光电阴极加压电极（503），陶瓷管壳（504），级联MCP （505），级联MCP输入面加压电极（506），级联MCP输出面加压电极（507），锗层（508），陶瓷基底（509），位敏阳极（510）、位敏阳极加压电极（511）和阳极基底（512）；所述时间信号引出模块（6）包括电阻（601）、电容（602）、电流灵敏前置放大器（603），所述电阻（601）包括四个依次串联的电阻，从各电阻上方各引出一条支路分别与MCP位敏阳极探测器（5）内部的光电阴极加压电极（503）、级联MCP输入面加压电极（506）、级联MCP输出面加压电极（507）、位敏阳极加压电极（511）连接，所述电容（602）的一端与级联MCP输入面加压电极（506）连接，电容（602）的另一端与电流灵敏前置放大器（603）连接；所述的电流灵敏前置放大器（603）输出光子到达定时信号（604）至光子到达时间和位置同步测量电路（8）。

2.一种光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）扫描平移台固定扫描点（X ,Y）并将该坐标数据输出至图像重建模块（9），激发光源（2）发出激光照射待成像样品（10），使待成像样品（10）发出荧光；

2）待成像样品（10）发出的荧光光子经聚焦透镜（3）汇聚后进入多色仪（4）进行分光；

3）经多色仪色散后的荧光光子，进入MCP位敏阳极探测器（5）；

4）利用MCP位敏阳极探测器（5）的外侧输出信号、位敏阳极多路输出信号进行光子到达时间和位置同步测量；

5）图像重建模块（9）根据输入的扫描平移台（1）的坐标、光子到达时间及位置坐标数据进行图像重建。

3.根据权利要求2所述的光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像方法，其特征在于：在步骤4）中，所述的光子到达时间和位置同步测量方法，具体步骤如下：

1）当MCP位敏阳极探测器（5）探测到光子时，级联MCP输入面加压电极对电容（602）的一端进行充电，电容（602）的另一端跟随充电，产生的携带光子到达时间信息的电流脉冲信号，该信号经电流灵敏前置放大器（603）放大后，输出光子到达定时信号（604），时间信号引出模块（6）输出光子到达定时信号（604）至光子到达时间和位置同步测量电路（8）；

2）MCP位敏阳极探测器（5）探测到光子时，位敏阳极输出的携带光子到达位置信息的多路脉冲信号，经电荷灵敏前置放大器（7）放大后，输出至光子到达时间和位置同步测量电路（8）；

3）在光子到达定时信号（604）的同步触发下，光子到达时间和位置同步测量电路（8）对光子到达定时信号（604）与电荷灵敏前置放大器（7）输入的携带光子到达位置信息的多路脉冲信号进行处理后得到光子到达时间和位置坐标，并将连续到达光子的到达时间和位置坐标传输至图像重建模块（9）。

4.根据权利要求3所述的光子到达时间和位置同步测量的荧光寿命成像方法，其特征在于：图像重建模块（9）包括坐标缓存单元（901）、时间缓存单元（902）、时空分布存储矩阵单元（903）、多光谱荧光寿命曲线重建单元（904）及多光谱荧光寿命伪彩色图像重建单元（905），所述图像重建方法包括如下步骤，

1）计算机USB2 .0接口采用乒乓操作的方式连续读取光子到达时间和位置同步测量电路（8）的数据到计算机内存；

2）坐标缓存单元（901）缓存光子位置坐标，时间缓存单元（902）缓存光子到达时间；

3）时空分布存储矩阵单元（903）以光子为基本类，根据光子的位置坐标所对的波长将光子归入不同的光谱通道，到达时间和位置作为类属性的面向对象的方式存储到矩阵中；

4）多光谱荧光寿命曲线重建单元（904）通过将同一位置坐标，即同一波长的荧光光子到达时间等间隔分成若干份，分别统计每个时间段内到达的光子数，以光子到达时间为横坐标，以每个时间段内的光子数为纵坐标，用曲线拟合的方法重建扫描点（X , Y）的该波段荧光寿命曲线；利用多个光谱通道的数据可重建多光谱荧光寿命曲线；

5）多光谱荧光寿命伪彩色图像重建单元（905）利用扫描完一帧后所得到的各扫描点的多光谱荧光寿命曲线，重建多光谱荧光寿命伪彩色图像。