[发明专利]一种深度可分辨荧光成像系统

说明书

本发明提供了一种深度可分辨荧光成像系统，属于光学领域。该系统包括深度可分辨荧光成像模块和数据后处理模块。其中，深度可分辨荧光成像模块利用轴锥透镜将激发光沿深度方向分布，可一次性激发位于不同深度的荧光团的荧光信号，源自不同深度的荧光信号再次通过轴锥透镜并成像到彩色相机上；数据后处理模块基于荧光图像上不同像素点的RGB值及其所在位置，计算荧光团所在的深度。不同于传统的荧光成像方法，本发明所述的深度可分辨荧光成像系统可一次性获得样本不同深度的荧光信息及荧光团所在的深度信息，且对于不同深度具有较高的特异性，对于测量样本内部的荧光团的深度分布情况具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种深度可分辨荧光成像系统。

背景技术

荧光成像指通过激发光源激发荧光团后，对荧光团产生的荧光信号进行成像。荧光成像技术由于具有操作简单、灵敏度高、分辨率好和结果直观等特点，已广泛应用于生命科学、医学、材料科学等领域。荧光成像系统通常使用透镜或透镜组将激光汇聚成锥形结构并汇聚在指定深度激发荧光信号，但该锥形结构会使得部分激光作用在样本的浅层，进而激发浅层样本的荧光信号，导致所采集的荧光信号不具有很好的深度选择性。另外，为了对样本不同深度的荧光信号进行成像通常需要移动被测样本或透镜，无法一次性获取不同深度的荧光信息及荧光团所在深度信息，因此在很多实际应用中受到限制。

为此，一种简单快速、深度可分辨、可一次性采集不同深度荧光信号的荧光成像系统及方法具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于设计一种深度可分辨荧光成像系统。该方法通过使用激光器作为激发光源，利用轴锥透镜与彩色CCD相机相结合获得不同深度的荧光信号，并使用荧光图像后处理算法获取样本不同荧光团的深度信息。该发明是一种非接触的探测方式，对于不同深度具有较高的选择性，并且可一次性获得样本不同深度的荧光信号。为了实现上述目标，本发明具体技术方案如下：

一种深度可分辨荧光成像系统，包括深度可分辨荧光成像模块和数据后处理模块；其中，深度可分辨荧光成像模块利用轴锥透镜将激发光沿深度方向聚焦，可一次性激发位于不同深度的荧光团的荧光信号，源自不同深度的荧光信号再次通过轴锥透镜并成像到彩色相机上；数据后处理模块基于荧光图像上不同像素点的RGB值及其所在位置，计算荧光团所在的深度。

所述的深度可分辨荧光成像模块包括激光器、扩束器、二向色镜、轴锥透镜、长波通滤光镜、透镜、光阑、透镜、彩色CCD相机；激光器发出的激光经扩束器扩束后，利用二向色镜反射并由轴锥透镜将光束汇聚于样本的不同深度；与轴锥透镜光轴的距离为r的激发光所聚焦在样本中的深度L通过公式(1)计算获得，

其中，θ为轴锥透镜的锥角，n为轴锥透镜材料的折射率；离轴锥透镜光轴越近的激发光所汇聚的深度越浅，离轴锥透镜光轴越远的激发光所汇聚的深度越深。源自样本中不同深度的荧光信号经轴锥透镜变成平行光束，依次通过透镜A、光阑和透镜B组成的光路，并利用光阑形成的针孔滤除杂散的荧光信号，最终成像到彩色CCD相机上；

所述的数据后处理模块，用于分析并处理由彩色CCD相机所采集的荧光图像，利用荧光图像上不同像素点的RGB值及其所在位置，计算荧光团所在的深度。

进一步地，在所述的数据后处理模块中，计算荧光团所在的深度的具体步骤如下：

步骤1)利用公式(2)对所采集的荧光图像上各像素点的R、G、B值做均一化处理，进而避免由于不同深度所导致的荧光强度变化的问题，

其中分别为荧光图像上各像素点的R、G、B值均一化后的结果。基于上述均一化后的结果，利用阈值法筛选出属于待测目标的有效像素点，即采集到源自荧光团的荧光信号的像素点。