专利名称：一种可空间编码的并行激发系统及方法
技术领域：
本发明涉及光学分子成像技术，特别是关于一种用于激发荧光成像的可空间编码 的并行激发系统及方法。
背景技术：
荧光分子成像技术是近年发展迅速的一种新兴的分子成像技术，在肿瘤检测、药 物研发和疾病诊断等领域有着广阔的应用前景。激发荧光分子成像技术是利用荧光标记物 标记特定的分子或细胞，当用特定波段的激发光照射荧光标记物时，荧光标记物受到激发 从而发出荧光。经过组织的散射和吸收后，部分荧光到达成像物体表面，通过采用一定的装 置检测产生的荧光强度，就可以获得组织内部荧光光学特性的分布图像，从而可以从分子 和细胞水平上对正常或异常的生物过程进行空间和时间上的视觉描述，是一种高灵敏度、 无电离辐射、非侵入式和低成本的成像方式。
但是，在传统单点光源的激发方式下，荧光成像仅能获得激发光光源能够照射到 的位置附近的局部荧光信息，而距离激发光光源较远区域内的荧光标记物不能被激发或激 发过弱，这就导致获得的荧光图像信息不完整和不准确。尽管可以通过连续多次改变激发 光光源的位置来获取不同部位的荧光信息，但这样会大大增加成像系统的结构复杂度，同 时成像时间也会成倍增加。在实际应用中，常常需要观测各种具有不同时间和空间分布特 性的荧光信号，尤其是一些快速动态变化的荧光信号，传统单点光源的激发方式就不能满 足需求。发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种用于激发荧光成像的可空间编码的并行 激发系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种可空间编码的并行激发系统， 其特征在于它包括一由若干单点激发光源排列成的并行激发阵列和一空间编码控制系 统；所述空间编码控制系统包括微控制器、驱动模块、开关控制模块、输出光功率控制模块 和激发时间控制模块；其中，所述开关控制模块控制各所述单点激发光源的打开或关闭； 所述输出光功率控制模块控制各所述单点激发光源的输出光功率；所述激发时间控制模块 控制各所述单点激发光源工作的时间；所述开关控制模块、输出光功率控制模块和激发时 间控制模块对所述微控制器进行参数设置；所述微控制器根据相应的参数设置，通过所述 驱动模块对所述并行激发阵列中各所述单点激发光源进行工作状态设置，实现所述空间编 码控制系统对所述并行激发阵列的空间编码。
所述单点激发光源为大功率LED或激光二极管。
所述并行激发阵列为矩形、圆形、扇形或其他形状的阵列。
一种基于上述系统的可空间编码的并行激发方法，其包括以下步骤(1)根据实 验目的、实验动物和荧光标记物等具体实验条件，确定所需要的并行激发模式；(2)将确定好的并行激发模式输入空间编码控制系统，通过空间编码控制系统中的各模块设置各单点 激发光源的工作状态，实现对并行激发阵列的空间编码；(3)在已空间编码的并行激发阵 列激发下进行荧光成像。
所述并行激发模式的内容包括实验所需的所述单点激发光源的数量、分布以及各 所述单点激发光源的输出光功率、激发时间和激发次序，具体包括以下四种模式①当需要 对实验动物体内荧光标记物的全身分布情况进行整体成像时，选择使用多个所述单点激发 光源同时进行激发，所述单点激发光源的数量由实验动物的体积大小决定，各所述单点激 发光源的输出光功率、激发时间根据具体实验需求确定；②当需要对实验动物体内某一较 小区域中荧光标记物的分布情况进行局部成像时，根据该区域所处的位置决定选择使用某 一所述单点激发光源进行激发，所述单点激发光源的输出光功率、激发时间根据具体实验 需求确定；③当需要对实验动物体内荧光标记物迁移的动态过程进行追踪时，选择使用多 个所述单点激发光源依次进行激发，各所述单点激发光源的激发时间设置为与荧光标记物 在该点的通过时间相符合，输出光功率根据具体实验需求确定；④根据实际需要选择使用 逐点扫描激发、各行/列依次激发、隔行/列激发或两行/列交替激发的模式。
本发明由于采取以上技术方案，与已有技术相比较，其具有以下优点本发明采用 空间编码式并行激发技术，可根据实际需求设制点光源阵列的中各单点激发光源的工作状 态，既能用于整体观测实验动物体内荧光标记物分布的时间、空间特性，又能对局部区域中 荧光标记物的分布情况进行特写观察，还可以用来对特定荧光标记物的迁移过程进行动态 追踪等。与现有单点光源的激发方式相比，本发明设计的可空间编码的并行激发方式具有 灵活、高效、使用方便、成像时间和空间分辨率高的优点，适用范围广。
图1是本发明的结构框图
图2是本发明中并行激发阵列结构示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一并行激发阵列1和一空间编码控制系统2。
如图2所示，并行激发阵列1包括若干单点激发光源11 (图中标记为Su，i表示 单点激发光源11所在行，j表示单点激发光源11所在列)，若干单点激发光源11排列成m 行Xn列的阵列，相邻两列间距为Cl1，相邻两行间距为的d2，其中m、η、屯、d2的具体数值根 据实际需要确定。
如图1所示，空间编码控制系统2包括微控制器21、驱动模块22、开关控制模块 23、输出光功率控制模块M和激发时间控制模块25。其中，开关控制模块23控制各单点激 发光源11的打开或关闭；输出光功率控制模块M控制各单点激发光源11的输出光功率； 激发时间控制模块25控制各单点激发光源11工作的时间。开关控制模块23、输出光功率 控制模块M和激发时间控制模块25对微控制器21进行参数设置。微控制器21根据相应 的参数设置，通过驱动模块22对并行激发阵列2中各单点激发光源11进行工作状态设置， 实现空间编码控制系统2对并行激发阵列1的空间编码。
上述实施例中，单点激发光源11可以为大功率LED (发光二级光)或激光二极管。
上述实施例中，若干单点激发光源11也可以根据不同需求排列成圆形、扇形或其 他形状的阵列。
本发明的可空间编码的并行激发系统在激发荧光成像中的使用包括以下步骤
(1)根据实验目的、实验动物和荧光标记物等具体实验条件，确定所需要的并行激 发模式。并行激发模式的内容包括实验所需的单点激发光源11的数量、分布以及各单点激 发光源11的输出光功率、激发时间和激发次序等，具体包括以下四种模式
①当需要对实验动物体内荧光标记物的全身分布情况进行整体成像时，可以选择 使用S11 Slj，Sil Sij共iX j个单点激发光源11同时进行激发。其中，i、j的具体值由 实验动物的体积大小决定，各单点激发光源11的输出光功率、激发时间根据具体实验需求 确定；
②当需要对实验动物体内某一较小区域中荧光标记物的分布情况进行局部成像 时，可以选择使用Sij单点激发光源11进行激发。其中，i、j的具体值由该区域所处的位置 决定，单点激发光源11的输出光功率、激发时间根据具体实验需求确定；
③当需要对实验动物体内荧光标记物迁移的动态过程(假设其迁移路径为 S11 — S12 — S22 — S32 — S33 — S34)进行追踪时，可以选择使用 Sn、S12、S22> S32> S33> S34 各点 依次进行激发，各单点激发光源11的激发时间设置为与荧光标记物在该点的通过时间相 符合，输出光功率根据具体实验需求确定；
④还可以根据实际需要选择使用其他的并行激发模式，如逐点扫描激发、各行 (列)依次激发、隔行(列)激发、两行(列)交替激发等。
(2)根据具体实验需求确定所需要的并行激发模式后，将并行激发模式的内容输 入空间编码控制系统2，通过空间编码控制系统2中的各模块设置各单点激发光源11的工 作状态(包括单点激发光源11打开与否、其输出光功率和激发时间，以及多个单点激发光 源11间的激发次序等)，实现对并行激发阵列1的空间编码。
(3)在已空间编码的并行激发阵列1激发下进行荧光成像。
(4) 一次成像结束后，可根据新的实验需求，通过空间编码控制系统2调整并行激 发阵列1的工作模式，进行新的荧光成像实验。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有 所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同 变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种可空间编码的并行激发系统，其特征在于它包括一由若干单点激发光源排列 成的并行激发阵列和一空间编码控制系统；所述空间编码控制系统包括微控制器、驱动模块、开关控制模块、输出光功率控制模块 和激发时间控制模块；其中，所述开关控制模块控制各所述单点激发光源的打开或关闭； 所述输出光功率控制模块控制各所述单点激发光源的输出光功率；所述激发时间控制模块 控制各所述单点激发光源工作的时间；所述开关控制模块、输出光功率控制模块和激发时 间控制模块对所述微控制器进行参数设置；所述微控制器根据相应的参数设置，通过所述 驱动模块对所述并行激发阵列中各所述单点激发光源进行工作状态设置，实现所述空间编 码控制系统对所述并行激发阵列的空间编码。
2.如权利要求1所述的一种可空间编码的并行激发系统，其特征在于所述单点激发 光源为大功率LED或激光二极管。
3.如权利要求1或2所述的一种可空间编码的并行激发系统，其特征在于所述并行 激发阵列为矩形、圆形、扇形或其他形状的阵列。
4.一种基于权利要求1 3所述系统的可空间编码的并行激发方法，其包括以下步骤(1)根据实验目的、实验动物和荧光标记物等具体实验条件，确定所需要的并行激发模式；(2)将确定好的并行激发模式输入空间编码控制系统，通过空间编码控制系统中的各 模块设置各单点激发光源的工作状态，实现对并行激发阵列的空间编码；(3)在已空间编码的并行激发阵列激发下进行荧光成像。
5.如权利要求4所述的一种可空间编码的并行激发方法，其特征在于所述并行激发 模式的内容包括实验所需的所述单点激发光源的数量、分布以及各所述单点激发光源的输 出光功率、激发时间和激发次序，具体包括以下四种模式①当需要对实验动物体内荧光标记物的全身分布情况进行整体成像时，选择使用多个 所述单点激发光源同时进行激发，所述单点激发光源的数量由实验动物的体积大小决定， 各所述单点激发光源的输出光功率、激发时间根据具体实验需求确定；②当需要对实验动物体内某一较小区域中荧光标记物的分布情况进行局部成像时，根 据该区域所处的位置决定选择使用某一所述单点激发光源进行激发，所述单点激发光源的 输出光功率、激发时间根据具体实验需求确定；③当需要对实验动物体内荧光标记物迁移的动态过程进行追踪时，选择使用多个所述 单点激发光源依次进行激发，各所述单点激发光源的激发时间设置为与荧光标记物在该点 的通过时间相符合，输出光功率根据具体实验需求确定；④根据实际需要选择使用逐点扫描激发、各行/列依次激发、隔行/列激发或两行/列 交替激发的模式。
全文摘要
本发明涉及一种可空间编码的并行激发系统及方法，其特征在于它包括一由若干单点激发光源排列成的并行激发阵列和一空间编码控制系统；空间编码控制系统包括微控制器、驱动模块、开关控制模块、输出光功率控制模块和激发时间控制模块；其中，开关控制模块控制各单点激发光源的打开或关闭；输出光功率控制模块控制各单点激发光源的输出光功率；激发时间控制模块控制各单点激发光源工作的时间；开关控制模块、输出光功率控制模块和激发时间控制模块对微控制器进行参数设置；微控制器根据相应的参数设置，通过驱动模块对并行激发阵列中各单点激发光源进行工作状态设置，从而实现空间编码控制系统对并行激发阵列的空间编码。本发明具有灵活、高效、使用方便、成像时间和空间分辨率高的优点，适用范围广。
文档编号H05B37/02GK102036602SQ201080000866
公开日2011年4月27日 申请日期2010年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者刘欣, 刘飞, 张宾, 汪待发, 白净, 陈颀潇 申请人:清华大学