[发明专利]一种生物神经环路活体成像系统

权利要求书

1.一种生物神经环路活体成像系统，其特征在于：

包括多模式可调光源装置、生物行为成像装置、三轴载物运动装置、感兴趣区域实时追踪装置、生物神经环路成像装置和控制装置，其中：

所述多模式可调光源装置向放置在所述三轴载物运动装置上的经荧光标记的生物样本投射照明光以及激发光；

所述生物行为成像装置用于获取所述生物样本的行为活动视频，输送给所述控制装置，所述控制装置控制所述三轴载物运动装置的运动，对所述生物样本进行实时锁定；

所述感兴趣区域实时追踪装置用于将所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域进行实时锁定；

所述生物神经环路成像装置与所述生物行为成像装置同步、用于获取所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域的视频。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述感兴趣区域实时追踪装置包括高速相机、第一二轴扫描镜、显微物镜和第一分光片，其中：

所述多模式可调光源装置出射的第一激发光通过所述显微物镜投射在所述生物样本上，所述生物样本内的标记荧光受此激发后产生的第一发射光依次经由所述显微物镜、第一二轴扫描镜和第一分光片，在所述高速相机成像；

所述控制装置获取所述高速相机的图像，并通过图像处理算法估计所述高速相机拍摄的当前帧和上一帧图像中感兴趣区域内少数荧光结构的两轴平移量，控制所述第一二轴扫描镜的动作以完成感兴趣区域的平移运动补偿，使所述生物样本中生物神经环路感兴趣区域实时锁定在100×100μm的中心视场。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述感兴趣区域实时追踪装置还包括聚焦透镜和二向色分光片，其中：

所述多模式可调光源装置出射的第一激发光依次经由聚焦透镜和二向色分光片，所述二向色分光片的反射光通过所述显微物镜投射所述生物样本。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述生物神经环路成像装置包括科学级相机和第二二轴扫描镜；其中：

所述多模式可调光源装置出射的第二激发光通过所述显微物镜投射在所述生物样本上，所述生物样本内的标记荧光受此激发后产生的第二发射光依次经由所述显微物镜、二向色分光片、第一二轴扫描镜和第一分光片，投射在所述科学级相机上，得到由若干个帧内不同时刻生物神经环路感兴趣区域图像经阵列排布组成的图像，并同步传输给所述控制装置；

所述控制装置根据所述科学级相机的外触发信号同步控制所述第二二轴扫描镜在相机的帧内和帧间逐一完成生物神经环路感兴趣区域对应图像子视场的移动切换。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：

所述生物神经环路成像装置还包括薄膜变形镜；

所述薄膜变形镜设置在所述第一分光片与所述第二二轴扫描镜之间的光路中，并与所述显微物镜的主平面满足物像共轭位置关系；

所述控制装置根据预先标定好的生物神经环路感兴趣区域对应图像各个子视场的波前像差分布，控制所述薄膜变形镜在相机的帧内和帧间逐一完成生物神经环路感兴趣区域对应图像子视场的波前像差补偿。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于：

所述生物神经环路成像装置还包括可调视场光阑；

所述可调视场光阑设置在所述第一分光片与所述薄膜变形镜之间的中继像面上的矩形通光区域，所述第一二轴扫描镜的动作能够使所述生物样本的生物神经环路感兴趣区域锁定在所述矩形通光区域内。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述生物神经环路成像装置还包括第一滤光片、反射镜和五棱镜，其中：

所述第一滤光片设置在所述可调视场光阑与所述薄膜变形镜之间的光路中，透射光经由所述薄膜变形镜依次经由所述反射镜和五棱镜，投射在所述第二二轴扫描镜上。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述生物行为成像装置获取所述生物样本在照明光照射下的行为活动视频时，所述控制装置通过图像处理算法估计所述生物行为成像装置拍摄的当前帧和上一帧图像中所述生物样本的两个平移量和旋转量，通过控制所述三轴载物运动装置完成包含两个平移量和一个旋转量的生物行为成像帧间运动补偿，使所述生物样本实时锁定在5×5mm的中心视场。