[发明专利]一种荧光寿命的测量方法及装置

说明书

本发明适用于光电检测技术领域，提供了一种荧光寿命的测量方法及装置，包括：首先，以预置的测量矩阵的每一行作为一个采样模式，每一个所述采样模式下的非零值位置作为一个时间门控延迟采样的稀疏信号通道，在每个采样模式下对样品进行延迟采样，将当前采样模式下的稀疏信号通道的光子数累加在一起获得一个压缩感知测量值，重复各采样模式获取系列压缩感知测量值；然后，利用所述压缩感知测量值并结合测量矩阵在l₁范数最优化算法下求解方程得到稀疏系数；最后，通过已知的稀疏矩阵逆变换作用于所述稀疏系数，进行信号重构，得到荧光寿命衰减曲线，以实现荧光寿命的测量；本发明提供的方法提高了荧光寿命的测量速度。

技术领域

本发明属于光电检测领域，尤其涉及一种荧光寿命的测量方法及装置。

背景技术

荧光寿命测量的现代方法主要包括：闪频技术(Strobe Techniques)、相调制法(Phase Modulation Methods)、相机条纹(Streak Cameras)、上转换法(Upcon-versionMethods)和时间相关单光子计数法(Time-Correlated Single-Photon Counting,TCSPC)。

其中，单光子计数是检测极微弱光的有力手段，该技术通过分辨单个光子在检测器(PMT)中激发出来的光电子脉冲，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来。TCSPC技术的一个重要部件是时幅转换器(TAC)，用于记录不同两个电信号的时间间隔。当激发光源发射一束短脉冲光，探测器PMT将光信号转换为一个电信号，同时启动TAC的记录；当样品被脉冲光激发后，延迟一定的时间发射荧光信号同样被PMT转换为一个电信号，终止TAC的记录。这样被TAC记录下来的时间间隔信号会以电脉冲的形式传达给多通道分析器(MCA)，并在MCA对应的时间通道内记录一个点，经大量光子数的累计，就会形成荧光衰减曲线的统计分布。

但由于TAC只记录激发脉冲后的第一个发射光子信号，如果在某一激发脉冲产生两个以上的发射光子，则只有第一个光子会被记录，使得短时间通道的信号频次堆积偏高，测量得到的荧光衰减曲线会有明显扭变。因此，在TCSPC的探测过程必须降低激光功率，使每一个激光脉冲所含能量足够小，以至于每次激发样品时远小于一个荧光光子到达探测器的光阴极，这样做的目的是避免光子数暴累的“堆积效应(Pileup Effect)”，也就是让大量受激分子通过非辐射的方式去活，这种情况下单次脉冲激发出多个光子的概率很小。这意味着TCSPC的光子计数效率非常低，需要相当长时间的计数才能满足衰减曲线的测量精度要求。

由此可见，TCSPC是一种耗时较长的荧光寿命测量方法。

发明内容

本发明提供一种荧光寿命的测量方法及装置，旨在提供一种更快速的荧光寿命测量方法。

本发明提供了一种荧光寿命的测量方法，包括：

以预置的测量矩阵的每一行作为一个采样模式，每一个所述采样模式下的非零值位置作为一个时间门控延迟采样的稀疏信号通道，通过时间门控硬件在每个采样模式下对样品进行延迟采样，将当前采样模式下的稀疏信号通道的光子数累加在一起获得一个压缩感知测量值y_i，重复各采样模式获取系列压缩感知测量值y＝{y_i},i＝1,2,...,M；

利用所述压缩感知测量值并结合由所述测量矩阵Φ_M×N与稀疏变换矩阵的逆变换构成的传感矩阵A在l₁范数最优化算法下求解压缩采样模型，得到稀疏系数s＝{a_k},k＝1,2,...,N；

通过已知的稀疏变换矩阵的逆变换作用于所述稀疏系数，进行信号重构得到荧光寿命衰减曲线I(t)＝{x_j},j＝1,2,...,N，以实现荧光寿命的测量。

本发明还提供了一种荧光寿命的测量装置，包括：