[发明专利]一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置及方法

说明书

一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置及方法，该装置由机架、光源、光路系统、调焦系统、上部物镜镜头、精确控速载物台系统、光学三棱镜、下部物镜镜头、高速摄像机系统和图像分析处理软件系统组成；机架提供支撑；光源和光路系统提供照明和光线传输；调焦系统调节焦距，使目标物准确成像；上部物镜镜头捕获目标物水平图像；下部物镜镜头结合光学三棱镜，捕获目标物竖直方向图像；精确控速载物台系统提供与目标物运动方向相反、大小可控的运动速度；高速摄像机系统记录目标物图像；图像分析处理软件将水平和竖直图像还原为三维图像，根据精确控速载物台系统反向运动速度，获得目标物运动全过程三维图像；可用于生物医学、临床诊断等领域。

技术领域

本发明涉及一种显微成像装置与方法，具体涉及一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置及方法。

背景技术

系统精确地捕获微尺度或更小尺度目标物运动全过程在生物医学、临床诊断和治疗等领域中有着巨大的应用潜力。如准确地获得血细胞在一段血管内自始至终的三维运动过程对于研究血栓的形成和发展有着重要的价值。另外，系统准确地获得包裹药物的微液滴在血管中的运动全过程对于实现药物的精确运输和释放有着重要的意义。

现有的显微成像技术，如光学显微镜、激光扫描共聚焦显微镜等，在一定的放大倍数下，由于显微镜自身视野大小固定，仅能对静止的目标物或较小视野范围内的目标物局部运动进行二维或三维成像。同时需要指出的是激光扫描共聚焦显微镜虽能对目标颗粒进行三维成像，但成像频率较低(通常<250fps)，极大地限制了其在目标物运动过程精确捕获中的应用。

因此，发展一种极高扫描频率、不受显微镜自身视野大小限制的显微成像方法与技术，系统精确地捕获微尺度或更小尺度目标物运动全过程的三维信息，对于生物医学、临床诊断和治疗等领域中的相关研究有着非常重要的意义。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置及方法，具有成像频率高、不受视野大小限制、能对细胞等生物颗粒的运动全过程进行三维捕获等优点，在生物医学、临床诊断与治疗等领域，具有巨大的应用潜力。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于捕获目标物运动全过程的显微成像装置，由机架5、光源6、光路系统7、调焦系统8、上部物镜镜头1、精确控速载物台系统2、光学三棱镜3、下部物镜镜头4、高速摄像机系统9和图像分析处理软件系统10组成；所述机架5为光源6、光路系统7、调焦系统8、上部物镜镜头1、精确控速载物台系统2、光学三棱镜3、下部物镜镜头4、高速摄像机系统9和图像分析处理软件系统10提供支撑与固定作用；所述光源6和光路系统7相连接为显微成像提供照明和光线传输；所述调焦系统8与精确控速载物台系统2、上部物镜镜头1和下部物镜镜头4连接，用于准确调节精确控速载物台系统2所在平面与上部物镜镜头1和下部物镜镜头4的距离，使目标物分别在上部物镜镜头1和下部物镜镜头4中准确成像；所述上部物镜镜头1用于捕获目标物水平面上的图像；所述下部物镜镜头4通过与设置在精确控速载物台系统2上的光学三棱镜3相结合，用于捕获目标物在竖直方向上图像；所述精确控速载物台系统2提供与目标物运动方向相反、大小可控的运动速度；所述高速摄像机系统9与上部物镜镜头1和下部物镜镜头4连接，用于以高频率快速记录目标物的水平面图像和竖直方向图像；所述图像分析处理软件系统10与高速摄像机系统9连接，将目标物同一时刻的水平面图像和竖直方向图像进行处理，还原为目标物的三维图像。

所述上部物镜镜头1具有大的景深，位于目标物的正上方，对微尺度的目标物进行清晰成像。

所述光学三棱镜3为直角光学三棱镜，下部直角边与精确控速载物台系统2紧密贴合，固定在精确控速载物台系统2的平面上，侧部直角边正对目标物，光学三棱镜3的长度与目标物的全部运动路径长度相等，且放置的长度方向与目标物所在流体的流动方向相同。