1.本发明涉及生物成像领域，尤其涉及一种近红外二区光片三维活体成像系统。
背景技术：2.传统成像大多依赖于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化，而不是了解疾病的特异性分子事件；分子成像则是利用特异性分子探针追踪靶目标并成像。这种从非特异性成像到特异性成像的变化，为疾病生物学、疾病早期检测、定性、评估和治疗带来了重大的影响。
3.小鼠、大鼠、兔子等动物是肿瘤生长与治疗、骨损伤修复、血管疾病等生物疾病研究的常用小动物模型。通过荧光探针标记，光学荧光成像能够在不损伤或低损伤动物模型的前提下，观察活体小动物生物模型的变化，用于研究生物模型病变机理。近几年发展起来的近红外二区荧光探针，由于其发射的近红外荧光具有较深的组织穿透性，常被用于小动物活体深层组织成像。
4.现有的小动物活体成像系统装置主要由激光器、成像相机、工业镜头、荧光滤光片等组成，通过拍摄平面照片来观测小动物荧光标记结构。现有激光器发射出的激光单位面积光功率较低，较深层次的荧光探针标记的生物组织无法得到激发，制约了红外二区荧光活体成像深度，因此这种成像方法仅能够拍摄到组织表面平面分布信息，无法拍摄到组织深层信息。
技术实现要素：5.鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种近红外二区光片三维活体成像系统，旨在解决现有成像技术中激光激发深度较浅，无法获取深度信息进行三维清晰成像的问题。
6.为解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种近红外二区光片三维活体成像系统，包括载物台、成像单元和激光单元，所述激光单元包括激光器、用于将出射激光调整为准直光的激光准直器和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元，所述激光准直器通过光纤与用于发射出高斯光的激光器相连，所述光片生成单元与激光准直器相连接，所述成像单元与光片生成单元均朝向载物台设置，所述光片生成单元包括笼板、用于调节聚光透镜与物镜之间距离的伸缩透镜套筒、用于使光片照明区域光强均匀分布的鲍威尔棱镜组、聚光透镜和物镜，通过改变所述聚光透镜和物镜之间的距离可改变光片厚度及均匀照明范围，所述聚光透镜和物镜两主面之间的距离为27mm-32mm，所述光片厚度为100μm-190μm，所述光片均匀照明范围为8mm-26mm，所述笼板、伸缩透镜套筒、聚光透镜、物镜和鲍威尔棱镜组沿激发光轴依次设置，提高了激光单位面积的激光功率，光片对活体进行照射，增大了激发深度，成像单元可对荧光探针被照明的区域进行拍摄，拍摄受到的激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰，且由于光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率较高。
7.激发光轴为激光发射的线路，笼板与激光准直器螺纹共轴连接形成一个整体，伸
缩透镜套筒连接在笼板前端，聚光透镜后端连接在伸缩透镜套筒内，物镜连接在伸缩透镜套筒前端，聚光透镜位于伸缩透镜套筒与物镜之间，鲍威尔棱镜组连接在物镜前端，鲍威尔棱镜组是由若干个鲍威尔棱镜阵列而成的，准直激光依次经过聚光透镜、物镜和威尔棱镜组后被压缩生成薄薄的光片区域。
8.作为进一步改进的技术方案，所述激光准直器与光片生成单元沿激发光轴依次设置，所述激发光轴与成像单元的成像光轴相交，实际成像时，激发光轴要与成像单元的成像光轴相交，才能准确拍摄到光片实际照射的区域。
9.作为进一步改进的技术方案，所述激发光轴与所述成像光轴垂直或所述激发光轴与所述成像光轴成45度夹角，其中，所述激发光轴与所述成像光轴垂直时所述单轴位移台移动方向与所述光学系统平面平行，所述单轴位移台移动方向与所述光学系统平面垂直时所述激发光轴和所述成像光轴成45度夹角。
10.作为进一步改进的技术方案，所述载物台包括固定板和单轴位移台，所述固定板安装在单轴位移台上，其中，固定板用于固定活体动物，防止活动动物移动影响拍摄精度，单轴位移台用于带动固定板精确移动。
11.作为进一步改进的技术方案，所述载物台还包括移台控制器和可调升降台，所述移台控制器与单轴位移台信号连接，所述可调升降台上端面为斜坡面，所述单轴位移台安装在斜坡面上，可调升降台可调整载物台的整体高度，通过调整可调升降台的高度，使固定板的中心对准激发光轴。
12.作为进一步改进的技术方案，所述成像单元包括近红外相机、工业镜头和滤波片，所述近红外相机、工业镜头和滤波片沿成像光轴依次设置，采用螺纹管将滤波片安装架和近红外相机连接安装起来，工业镜头与滤波片安装架螺纹连接，工业镜头安装在滤波片安装架下方。滤波片安装在滤波片安装架中，近红外相机、工业镜头和滤波片沿成像光轴同轴设置保证了拍摄精度。
13.作为进一步改进的技术方案，所述成像单元安装在箱体上，所述箱体包括上层隔板和下层隔板，所述上层隔板和下层隔板均水平安装在箱体内，所述上层隔板位于下层隔板上方，所述上层隔板与下层隔板将箱体分为上层隔板间、中层隔板间和下层隔板间，上层隔板中间开圆洞，下层隔板上也开有圆洞，通过在上层隔板中间开设圆洞，方便了成像单元的安装，通过在下层隔板上安装圆洞，方便了光纤穿过，光纤两端分别与激光准直器和激光器相连。
14.作为进一步改进的技术方案，所述近红外相机位于上层隔板间内，所述近红外相机安装在上层隔板上方，所述工业镜头位于中层隔板间内，所述近红外相机通过滤波片安装架与工业镜头相连接，所述滤波片设置在滤波片安装架内，近红外相机安装在上层隔板上方，使用螺纹管穿过上层隔板中间圆洞隔着上层隔板将滤波片安装架和近红外相机连接安装起来，工业镜头与滤波片安装架螺纹连接，工业镜头可通过螺纹安装在滤波片安装架下方，滤波片安装在滤波片安装架中，滤波片位于工业镜头与滤波片安装架之间，通过上层隔板间将成像单元固定连接后，可保证成像单元不会移动，同时保证成像单元保持竖直状态，提高了拍摄精度。
15.作为进一步改进的技术方案，所述载物台、可调升降台、激光准直器和光片生成单元均位于中层隔板间内，所述可调升降台下端固定在下层隔板上，所述光片生成单元通过
支架安装在下层隔板上，所述激光器与移台控制器均位于下层隔板间内，移台控制器的控制线穿过下层隔板圆洞分别连接移台控制器和单轴位移台，载物台的单轴位移台安装在斜坡面上，固定板安装在单轴位移台的中央，可调升降台固定安装在箱体的下层隔板上，激光器及激光器的控制器均安装在箱体下层隔板间，激光器通过激光器光纤穿过下层隔板圆洞连接激光准直器，光片生成单元使用支架固定安装在箱体下层隔板上，调整光片生成单元和成像单元的位置，使得激发光轴与成像光轴垂直相交组成的光学系统平面与箱体后面板平行，使得激发光轴平行于下层隔板、成像光轴垂直于下层隔板，保证了成像精度。
16.有益效果：相较于现有技术本发明的近红外二区光片三维活体成像系统包括载物台、成像单元和激光单元，所述激光单元包括用于将出射激光调整为准直光的激光准直器和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元，所述光片生成单元与激光准直器相连接，所述成像单元与光片生成单元均朝向载物台设置，光片生成单元可将准直光压缩成光片，从而将激光功率压缩在一个薄薄的光片区域，提高了激光单位面积的激光功率，增大激发深度，成像单元可对荧光探针被照明的区域进行拍摄，拍摄受到的激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰，且由于光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率较高。
附图说明
17.图1是本发明的近红外二区光片三维活体成像系统的示意图。
18.图2是本发明的近红外二区光片三维活体成像系统的结构图。
19.附图标记：
20.1-激光器、2-激光准直器、3-笼板、4-伸缩透镜套筒、5-聚光透镜、6-物镜、7-鲍威尔棱镜组、8-单轴位移台、9-固定板、11-工业镜头、12-滤波片、13-滤波片安装架、14-近红外相机、15-可调升降台、16-移台控制器、100-箱体、200-光片生成单元、300-成像单元。
21.其中，近红外二区光片三维活体成像系统不包含小动物生物模型，为了方便具体实施方式阐述，在此标记为10-小鼠。
22.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
23.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
25.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以
意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用。
26.需要指出的是，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.发明人经过研究发现，现有技术存在以下问题：
28.(1)近几年发展起来的近红外二区荧光探针，由于其发射的近红外荧光具有较深的组织穿透性，常被用于小动物活体深层组织成像。当前商业成熟的小动物活体成像系统装置主要由激光器、成像相机、工业镜头、荧光滤光片等组成，通过拍摄平面照片来观测小动物荧光标记结构。这种成像方法能够观测到肿瘤或者血管平面分布信息，但无法得到病变结构深度信息，因此无法对生物模型病变特征进行精准评估。
29.(2)而且现有激光宽场激发生物模型，使得单位面积光功率较低，较深层次的荧光探针标记的生物组织无法得到激发，制约了红外二区荧光活体成像深度。当前活体成像系统采用工业镜头和相机较远的拍摄生物模型成像，其成像分辨率较低，对于小动物生物组织观测不够清晰。
30.实施例一：
31.如图1-2所示，本技术实施例为解决上述技术问题提供的一种近红外二区光片三维活体成像系统，包括载物台、成像单元300和激光单元，所述激光单元包括激光器1、用于将出射激光调整为准直光的激光准直器2和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元200，所述激光准直器2通过光纤与激光器1相连，所述光片生成单元200与激光准直器2相连接，所述成像单元300与光片生成单元200均朝向载物台设置，所述光片生成单元200包括笼板3、用于调节聚光透镜5与物镜6之间距离的伸缩透镜套筒4、用于使光片照明区域光强均匀分布的鲍威尔棱镜组7、聚光透镜5和物镜6，通过改变所述聚光透镜5和物镜6之间的距离可改变光片厚度及均匀照明范围，所述聚光透镜和物镜两主面之间的距离为27mm-32mm，所述光片厚度为100μm-190μm，所述光片均匀照明范围为8mm-26mm，所述笼板3、伸缩透镜套筒4、聚光透镜5、物镜6和鲍威尔棱镜组7沿激发光轴依次设置。
32.具体的，载物台用于将要成像的活体生物固定，防止活体生物移动，成像前需要将活体生物固定到载物台上，激光单元用于对活体生物进行照射，并激发活体生物内的荧光探针，使荧光探针发光，成像单元300用于对激光单元照射活体生物的区域进行拍摄，所述成像单元300具体用于在单轴位移台8带动小动物移动时获得多帧所述图像，多帧所述图像用于形成三维成像模型，其中，荧光探针是提前打入活体生物体内的，荧光探针是以荧光物质作为指示剂，并在一定波长光的激发下使指示剂产生荧光，通过检测所产生的荧光实现对被检测物质的定性或者定量分析，荧光探针受到周围环境的影响，使其发生荧光发射发生变化，从而使人们获知周围环境的特征或者环境中存在的某种特定信息。
33.激光单元又包括用于将出射激光调整为准直光的激光准直器2和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元200，激光准直器2可将激光器1通过光纤发射出的激光调整为准直激光，光片生成单元200又可将激光准直器2发射出的准直激光压缩生成薄薄的光片区域，提高了激光单位面积的激光功率，光片对活体进行照射，增大了激发深度，成像单元300
可对荧光探针被照明的区域进行拍摄，拍摄受到的激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰，且由于光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率较高。
34.激发光轴为激光发射的线路，笼板3与激光准直器2螺纹共轴连接形成一个整体，伸缩透镜套筒4连接在笼板3前端，聚光透镜5后端连接在伸缩透镜套筒4内，物镜6连接在伸缩透镜套筒4前端，聚光透镜5位于伸缩透镜套筒4与物镜6之间，鲍威尔棱镜组7连接在物镜6前端，鲍威尔棱镜组7是由若干个鲍威尔棱镜阵列而成的，其中，笼板3为sm1螺纹笼板3，sm1螺纹笼板3前后两端分别用于螺纹连接伸缩透镜套筒4和激光准直器2，伸缩透镜套筒4用于连接聚光透镜5和物镜6，并且通过伸缩透镜套筒4可调整聚光透镜5和物镜6之间的距离，其中，为了取得较好效果聚光透镜5采用0.79na的非球面聚光透镜5，所述物镜6采用物镜6na为0.3放大倍率为10的物镜6，伸缩透镜套筒4采用基座光学csm-z5英寸伸缩透镜套筒，准直激光依次经过聚光透镜5、物镜6和威尔棱镜组后被压缩生成薄薄的光片区域。
35.进一步的，所述激光准直器2与光片生成单元200沿激发光轴依次设置，所述激发光轴与成像单元300的成像光轴相交。
36.其中，激光准直器2与光片生成单元200通过螺纹共轴连接形成一个整体，并且激光准直器2与光片生成单元200均在激发光轴上，成像单元300的成像光轴为成像单元300拍摄时的拍摄采光的中心线，激发光轴为激光光束的中心线，实际成像时，激发光轴要与成像单元300的成像光轴相交，才能准确拍摄到光片实际照射的区域，所述激发光轴与所述成像光轴相交组成光学系统平面，所述激发光轴与所述成像光轴交点位于光片生成单元200生成的光片束腰中心。
37.进一步的，所述激发光轴与所述成像光轴垂直或所述激发光轴与所述成像光轴成45度夹角，所述载物台包括固定板9和单轴位移台8，所述固定板9安装在单轴位移台8上，所述激发光轴与所述成像光轴垂直时所述单轴位移台8移动方向与所述光学系统平面平行，所述单轴位移台8移动方向与所述光学系统平面垂直时所述激发光轴和所述成像光轴成45度夹角，固定板9上设有用于固定活体动物的结构，固定板9上端面用于固定活体动物，固定板9下端面安装在单轴位移台8上，单轴位移台8可带动固定板9及活体动物移动，单轴位移台8为单轴可带动固定板9朝某个方向移动的装置，单轴位移台8可以是单轴挠性位移台等具有位移功能的装置。
38.进一步的，所述载物台还包括移台控制器16和可调升降台15，所述移台控制器16与单轴位移台8信号连接，所述可调升降台15上端面为斜坡面，所述单轴位移台8安装在斜坡面上。
39.其中，移台控制器16用于控制单轴位移台8运行，移台控制器16可对单轴位移台8发送指令，使单轴位移台8向某个方向移动，从而使单轴位移台8带动固定板9向某个方向移动，可调升降台15可以是气缸升降台也可以是螺纹升降台等具有升降调节功能的装置，可调升降台15上端面为斜坡面，斜坡面的倾斜角度为45
°
，斜坡面可保证单轴位移台8及固定板9倾斜一定角度，使活体动物保持倾斜状态，从而使激发光轴与所述成像光轴可相交在活体动物上，使用时通过调整可调升降台15位置，使得固定板9的中心正对着工业镜头11。
40.进一步的，所述成像单元300包括近红外相机14、工业镜头11和滤波片12，所述近红外相机14、工业镜头11和滤波片12沿成像光轴依次设置。
41.近红外相机14可以为铟镓砷制冷相机，采用螺纹管将滤波片安装架13和近红外相
机14连接安装起来，工业镜头11与滤波片安装架13螺纹连接，工业镜头11安装在滤波片安装架13下方。滤波片12安装在滤波片安装架13中，近红外相机14、工业镜头11和滤波片12沿成像光轴同轴设置保证了拍摄精度。
42.进一步的，所述成像单元300安装在箱体100上，所述箱体100包括上层隔板和下层隔板，所述上层隔板和下层隔板均水平安装在箱体100内，所述上层隔板位于下层隔板上方，所述上层隔板与下层隔板将箱体100分为上层隔板间、中层隔板间和下层隔板间。
43.成像单元300安装在箱体100上，箱体100可采用2mm厚铝材钣金制成，箱体100高97cm、长60cm、宽50cm，箱体100分为上中下三层，上中下三层内分别设有上层隔板间、中层隔板间和下层隔板间。上层隔板间高17cm，下层隔板间高20cm，上层隔板中间开圆洞，下层隔板上也开有圆洞。
44.进一步的，所述近红外相机14位于上层隔板间内，所述近红外相机14安装在上层隔板上方，所述工业镜头11位于中层隔板间内，所述近红外相机14通过滤波片安装架13与工业镜头11相连接，所述滤波片12设置在滤波片安装架13内。
45.近红外相机14安装在上层隔板上方，使用螺纹管穿过上层隔板中间圆洞隔着上层隔板将滤波片安装架13和近红外相机14连接安装起来，工业镜头11与滤波片安装架13螺纹连接，工业镜头11可通过螺纹安装在滤波片安装架13下方，滤波片12安装在滤波片安装架13中，滤波片12位于工业镜头11与滤波片安装架13之间。
46.进一步的，所述载物台、可调升降台15、激光准直器2和光片生成单元200均位于中层隔板间内，所述可调升降台15下端固定在下层隔板上，所述光片生成单元200通过支架安装在下层隔板上，所述激光器1与移台控制器16均位于下层隔板间内。
47.光纤为单模光纤，单模光纤输出的光为高斯光，经聚光透镜5和物镜6后仍为高斯分布，再经鲍威尔棱镜组7可以实现光片照明区域光强均匀分布。
48.载物台安装在箱体100的中层隔板间，移台控制器16安装在箱体100下层隔板间，移台控制器16的控制线穿过下层隔板圆洞分别连接移台控制器16和单轴位移台8，可调升降台15上端面为45度斜坡面，载物台的单轴位移台8安装在斜坡面上，固定板9安装在单轴位移台8的中央，通过调整可调升降台15位置，使得固定板9的中心正对着工业镜头11，将可调升降台15固定安装在箱体100的下层隔板上。激光准直器2可使用集成的激光准直器2做光纤激光准直，激光器1及激光器1的控制器均安装在箱体100下层隔板间，激光器1通过激光器1光纤穿过下层隔板圆洞连接激光准直器2，激光准直器2与光片生成单元200螺纹共轴连接形成一个整体，光片生成单元200使用支架固定安装在箱体100下层隔板上，调整光片生成单元200和成像单元300的位置，使得激发光轴与成像光轴垂直相交组成的光学系统平面与箱体100后面板平行，使得激发光轴平行于下层隔板、成像光轴垂直于下层隔板。
49.本发明的工作原理为：
50.本发明实施例采用小鼠10作为活体动物，近红外相机14为铟镓砷制冷相机，激光器1为光纤激光器1，激光器1的传导光纤为液芯光纤，激光波长可选择808nm、980nm、1064nm等，具体激光波长根据近红外二区荧光材料选择，如使用稀土铒离子掺杂的纳米颗粒制备生物探针时，其激发采用980nm激光器1。聚光透镜5为0.79na的非球面聚光透镜5，物镜66的na为0.3，放大倍率为10，工业镜头11为近红外增透镜头，焦距为12mm。滤光片根据荧光探针的发射光谱选择，如使用稀土铒离子掺杂的纳米颗粒制备生物探针其发射峰在1530nm附
近，则可选择中心波长为1500nm，通带为50nm的带通滤光片；如果是单一荧光探针发光，也可以选择1450nm的长通滤光片作为成像滤光片，激光准直器2可以为单片凸透镜，也可以为光纤准直器，还可以为物镜6。
51.使用过程中，激光准直器2将激光器1通过光纤发射的激光调整为准直光，光片生成单元200再将激光准直器2发射的准直光压缩成薄薄的光片，光片可照射在小鼠10组织的更深处，光片照射在小鼠10身上与小鼠10身上的荧光探针发生反应，荧光探针发出荧光，光片照射的区域为光片区域，近红外相机14对准光片区域拍摄一帧图像，然后位移台控制器16控制单轴位移台8移动，移动台面带动固定板9和小鼠10移动，位移步长为120um，其中，移动步长范围为0.8-1.42倍的光片束腰厚度，单轴位移台8每移动一步，近红外相机14拍摄一帧图像，当这个小鼠10拍摄完成后，将所有拍摄照片导入三维模型生成器中生成三维小动物样本成像模型。
52.针对现在近红外二区活体成像深度浅的问题，本发明将激光光束压缩成光片，将激光功率压缩在一个薄薄的光片区域，从而提高激光单位面积的激光功率，增大激发深度。使用光片照明，荧光探针被照明的区域与光片差不多宽度，将该区域拍摄成像，然后位移台承载小动物生物模型移动光片厚度的距离，再拍下一张图像，直至所有需要成像的区域拍摄完成形成一些列图像，将该图像重构成三维生物模型，由于每张图拍摄的都是一个光片照亮区域，激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰；同样由于光片照明激发，光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率为光片厚度除以0.707，此分辨率比相机工业镜头11拍摄平面成像分辨率高很多。该系统能够获得小动物活体模型三维信息，具有成像深、分辨率高的三维活体成像优势。
53.生成光片的具体方式为，使用聚焦透镜，使用与物镜(10
×
，na＝0.3，nexscope planf apo)形成组合透镜使准直器出射的高斯平行光束聚焦，并使用鲍威尔棱镜组(pmma-powell透镜阵列-30)通过光片重塑高斯光束。使用如下公式，可以得到光片厚度：
[0054][0055]
公式中2ω0是光片厚度，λ是波长，na是透镜组的数值孔径。利用高斯光束模型，我们得到了光束束腰的直径和长度，高斯光束函数如下所示：
[0056][0057][0058][0059]
其中e是光束的振幅，e0是焦平面处的振幅，z是距焦平面的距离，r是距光轴的距离，ω(z)是光斑半径，ω0是焦平面处的光斑半径。z0是瑞利长度，η是介质的折射率，λ是波长。瑞利范围是光斑面积变为最小值两倍时的范围，高斯光束的瑞利长度是从腰部到瑞利范围光斑的长度。
[0060]
为了获得足够的光片照明深度，可选择光片的瑞利长度为8mm，当瑞利长度约为8mm时，可获得直径为100.5μm的焦点，为了获得瑞利长度高达26mm的深度照明，在调整聚光透镜和物镜之间的距离时，可以将光片的厚度调整到183.1μm。相比普通光片激光器只能形
成500μm左右的光片厚度，本发明层析能力更强，调整更灵活，相比普通物镜生成的光片本发明照明范围更大，适用于小鼠尺度的活体成像。
[0061]
光片的厚度及均匀照明范围的计算方法如下：
[0062]
聚光透镜焦距为16.7mm，物镜等效焦距为20mm，伸缩透镜套筒最大行程为4.1mm。
[0063]
聚光透镜距离物镜两主面间距为27-32mm，组合透镜焦距公式：1/f＝1/f1+1/f2-d/f1f2
[0064]
由组合透镜焦距公式计算得到系统焦距为35mm，其中f1为聚光透镜焦距，f2为物镜焦距，d为主面间距。
[0065]
当光片厚度为100μm时可计算出等效na＝0.0062，由公式na＝d/2f得出有效孔径为0.434mm,均匀照明范围8.01mm，具体公式计算为：
[0066]
z0＝(50^2)*3.14*1/0.98＝8010μm＝8.01mm
[0067]
当伸缩套管前进δd时，两主面间距为(d+δd)，等效焦距为1/f＝1/f1+1/f2-(d-δd)/f1f2，代入na＝d/2f，光片厚度公式为：
[0068][0069]
可得光片厚度为(μm)：
[0070][0071]
均匀照明范围为：
[0072]
相较于现有技术本发明的近红外二区光片三维活体成像系统包括载物台、成像单元300和激光单元，所述激光单元包括用于将出射激光调整为准直光的激光准直器2和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元200，所述光片生成单元200与激光准直器2相连接，所述成像单元300与光片生成单元200均朝向载物台设置，光片生成单元200可将准直光压缩成光片，从而将激光功率压缩在一个薄薄的光片区域，提高了激光单位面积的激光功率，增大激发深度，成像单元300可对荧光探针被照明的区域进行拍摄，拍摄受到的激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰，且由于光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率较高。
[0073]
需要指出的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0075]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，包括载物台、成像单元和激光单元，所述激光单元包括激光器、用于将出射激光调整为准直光的激光准直器和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元，所述激光准直器通过光纤与用于发射出高斯光的激光器相连，所述光片生成单元与激光准直器相连接，所述成像单元与光片生成单元均朝向载物台设置，所述光片生成单元包括笼板、用于调节聚光透镜与物镜之间距离的伸缩透镜套筒、用于使光片照明区域光强均匀分布的鲍威尔棱镜组、聚光透镜和物镜，通过改变所述聚光透镜和物镜之间的距离可改变光片厚度及均匀照明范围，所述聚光透镜和物镜两主面之间的距离为27mm-32mm，所述光片厚度为100μm-190μm，所述光片均匀照明范围为8mm-26mm，所述笼板、伸缩透镜套筒、聚光透镜、物镜和鲍威尔棱镜组沿激发光轴依次设置。2.根据权利要求1所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述激光准直器与光片生成单元沿激发光轴依次设置，所述激发光轴与成像单元的成像光轴相交。3.根据权利要求2所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述激发光轴与所述成像光轴垂直或所述激发光轴与所述成像光轴成45度夹角。4.根据权利要求3所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述载物台包括固定板和单轴位移台，所述固定板安装在单轴位移台上。5.根据权利要求4所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述载物台还包括移台控制器和可调升降台，所述移台控制器与单轴位移台信号连接，所述可调升降台上端面为斜坡面，所述单轴位移台安装在斜坡面上。6.根据权利要求5所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述成像单元包括近红外相机、工业镜头和滤波片，所述近红外相机、工业镜头和滤波片沿成像光轴依次设置。7.根据权利要求6所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述成像单元安装在箱体上，所述箱体包括上层隔板和下层隔板，所述上层隔板和下层隔板均水平安装在箱体内，所述上层隔板位于下层隔板上方，所述上层隔板与下层隔板将箱体分为上层隔板间、中层隔板间和下层隔板间。8.根据权利要求7所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述近红外相机位于上层隔板间内，所述近红外相机安装在上层隔板上方，所述工业镜头位于中层隔板间内，所述近红外相机通过滤波片安装架与工业镜头相连接，所述滤波片设置在滤波片安装架内。9.根据权利要求8所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述载物台、可调升降台、激光准直器和光片生成单元均位于中层隔板间内，所述可调升降台下端固定在下层隔板上，所述光片生成单元通过支架安装在下层隔板上。10.根据权利要求9所述的一种近红外二区光片三维活体成像系统，其特征在于，所述激光器与移台控制器均位于下层隔板间内。
技术总结本发明公开了一种近红外二区光片三维活体成像系统，涉及生物成像领域，近红外二区光片三维活体成像系统包括载物台、成像单元和激光单元，所述激光单元包括用于将出射激光调整为准直光的激光准直器和用于将准直光压缩成光片的光片生成单元，所述光片生成单元与激光准直器相连接，所述成像单元与光片生成单元均朝向载物台设置，光片生成单元可将准直光压缩成光片，从而将激光功率压缩在一个薄薄的光片区域，提高了激光单位面积的激光功率，增大激发深度，成像单元可对荧光探针被照明的区域进行拍摄，拍摄受到的激光干扰小，图像信噪比高，因此图像会更清晰，且由于光片厚度非常薄，重构三维模型的纵向分辨率较高。构三维模型的纵向分辨率较高。构三维模型的纵向分辨率较高。
技术研发人员：金大勇 吴丝桐 郭智勇
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
