[发明专利]多功能阿达玛变换显微图像分析仪

说明书

本发明涉及一种多功能阿达玛变换显微图像分析仪，它是将阿达玛变换多通道空间成像技术与显微技术相结合，以一只光电倍增管测量显微镜下微小物体三维显微荧光、显微拉曼和显微光度图像的新仪器，是一种新型的高灵敏度、高信噪比，特别适用于微弱光测量的显微光谱图像分析仪器。它属于医学检测仪器技术领域、属于分析测试技术领域，也属于生物化学技术领域，是光调制技术、仪器制造、计算机及现代仪器分析等多种技术结合的产物。

阿达玛变换(Hadamard Transform)光谱是过去二十几年发展起来的一种类似于傅立叶变换(Fourier Transform)光谱的光调制技术。在测量微弱信号时，具有高信噪比、多通道成像和能量分布的优点[M.O.Harwit，N.J.A.Sloane，″Hadamard TransformOptics″，Academic：New York，1980]。阿达玛变换成像技术是国际上前沿研究课题之一。

显微技术在细胞生物学和临床医学领域中是一种最重要、最基本的技术。目前，建立在显微技术基础上，用于细胞或其他微小物体定性或定量分析的仪器有显微分光光度计、显微荧光光度计及各种显微图像分析仪。前两种仪器常被用于对细胞或其他微小物体进行定量分析，而后一类仪器则常常用于细胞或微小物体的图像形貌分析。但这些仪器对微弱光信号不灵敏，而且在定量分析速度、分析精度等方面均存在着不足之处。另外，显微分光光度计、流式细胞仪等仪器还难以同时提供分析试样的显微图像和定量分析结果。

国外曾研究过一维编码阿达玛变换显微拉曼成像[P.J.Treado，A.Govil，M.D.Morris，K.D.Sternitxke and R.L.Mccreery，Appl.Spectrosc.，44：1270，1990]，但由于存在重现性差、装置庞大复杂等问题而停止了进一步的研究工作。迄今为止，有关阿达玛变换显微荧光图像和显微光度图像，以及将这三种图像技术融合为一体的仪器尚未见有报导。要获得不失真的微弱光谱图像，其微弱光强度必须在一定时间内保持相对稳定，这种相对稳定对于拉曼光谱、吸收光谱来说易于满足。但对于采集荧光图像，由于受荧光寿命、荧光衰减的影响，增加了采集的技术难度。

本发明的目的是利用阿达玛变换二维光调制技术，研制一种用于微弱显微视场特征光谱图像分析的新仪器，为细胞分子生物学和临床医学建立一种快速、准确、灵敏的定量分析新方法。

为实现本发明的目所采取的技术措施：

本发明所述仪器由光源、荧光显微镜、图像压缩光学系统、阿达玛变换二维调制模板以及二维步进电机驱动系统、光栅单色仪、光电倍增管、以及由微型计算机控制的采样/保持放大器、12位(bit)数模转换板和微型计算机组成，这是阿达玛变换显微图像分析仪的主体，配置电荷耦合器件CCD，图像处理接口板，即帧存储器构成显微图像分析、通用图像分析仪。

各部件的合理搭配，可进行阿达玛变换三维显微荧光、显微拉曼和显微光度光谱图像分析，可开展常规图像分析、显微图像分析以及显微光谱分析，使得该仪器构成一种多功能图像分析仪。

本发明的技术特征是将阿达玛变换空间多通道成像技术与显微荧光技术联用，对引出显微镜光路的视场图像，进行光学压缩成像，并以小型光刻阿达玛变换二维模板，采用光调制技术对其图像进行光调制，再次光学压缩，单色仪分选图像的特征光谱，即待测组份的特征光谱，光电倍增管测量，放大，模数转换数字化，解调还原成待测组份的显微光谱图像，提供显微镜下观察到的与微小物体有关的定性及定量信息。

由显微镜部件溴钨灯、透镜L6、聚光器构成显微镜的透射光照明系统，由激发光源(高压汞灯、氙灯或激光)、透镜L5、双色束分光镜M、同时起着聚光器的物镜构成落射式照明系统。显微镜载物台上的细胞或其他微小物体在连续光的照射下(激发光或透射光)产生光信号(荧光信号、拉曼信号或吸收信号)，所产生的光信号由显微物镜收集。

在荧光显微镜上部安装一个带全反射镜P的接口，由全反射镜的位置“在”或“不在”显微镜中心光束，选择确定水平光路系统或垂直光路系统。把全反射镜插入光路，光线即折转90度进入水平光路系统，把全反射镜移出光路，光线垂直向上进入电荷耦合器件(CCD)，并成像于电荷耦合器件(CCD)焦平面。