一种双光子硬件同步控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双光子硬件同步控制装置，其包括：激光器、普克尔盒、二维振镜扫描模块、光电倍增管、数据采集卡以及主控装置；激光器发出光束，光束通过普克尔盒后进入二维振镜扫描模块，光束经过物镜聚焦于样品面上，二维振镜扫描模块对样品面进行逐点扫描，样品受激产生荧光信号聚焦于光电倍增管上，数据采集卡对光电倍增管上的信号进行采集，并发送给主控装置，主控装置与普克尔盒、二维振镜扫描模块以及数据采集卡连接，主控装置为普克尔盒、二维振镜扫描模块以及数据采集卡提供同步触发信号。本发明专利技术一种双光子硬件同步控制装置可以有效提高成像速度的同时消除共振振镜非线性对成像质量的影响。

Two photon hardware synchronous control device

The invention discloses a double photon hardware synchronous control device, which comprises a laser, Pockels cell, galvanometer scanning module, photomultiplier tube, data acquisition card and the main control device; a laser beam, beam passing through the Pockels cell into the two-dimensional scanning beam through the lens module, focusing on the sample surface. Galvanometer scanning module on the sample surface point scanning sample stimulated fluorescence signal focusing on photomultiplier tube, data acquisition card to collect the signal of the photomultiplier tube, and sent to the main control unit, main control device and the Pockels cell, two-dimensional scanning module and data acquisition card is connected. The main control device for Pockels cell, two-dimensional scanning module and data acquisition card provides a synchronous trigger signal. The invention relates to a two photon hardware synchronous control device, which can effectively improve the imaging speed and eliminate the influence of the nonlinearity of the resonance mirror on the imaging quality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双光子硬件同步控制装置。
技术介绍
双光子荧光显微成像技术是生物成像领域最重要的专利技术之一，利用该技术可以对生物样品进行非侵入性研究，在三维空间获得亚微米的成像分辨率。该技术需要荧光分子同时吸收两个入射光子，这种非线性效应使得双光子显微成像具有高分辨率和高对比度，且光漂白只发生在焦点附近区域。该技术使用近红外的飞秒激光作为激励光源，不仅可以减少对生物样品的光损伤，还可以获得512*512像素成像帧速达到30fps的成像速度。在生物体内不同组织快速变化的功能信号，变化速度很快，时间尺度在毫米量级，这就要求成像仪器在保障高分辨率的情况下，提高系统的成像速度。除此以外，由于活体动物中存在着呼吸、心脏的跳动、血液的流动等各种各样的振动源，从而在保障高分辨成像的前提下提高成像速度成为关键。在双光子显微成像时，需要用飞秒激光器对样品面进行逐点扫描，为了在样品面区域内成像，需要激光点和样品之间相对的移动，即让激光焦点扫描过整个需要探测的样品空间。现有两种方式可以实现。其一，激光焦点不变，而让样品点做三维运动。这种方式通常采用压电式的三维位移平台，样品则固定在该位移平台上。这种扫描方式实现起来相对简单，光路固定不复杂，适用于材料科学领域，但是在如果应用于生物医学领域，这种方法有其缺点。主要体现在扫描速度过慢，无法长时间的观测完整的运动过程。而且在一些无法固定的样品中，如悬浮在溶液中的样品，三维位移平台移动过程中会与样品产生相对位移，特别是在水平的XY平面内，成像会产生较为严重的拖尾现象。这些都严重影响其成像质量，限制了在生物医学领域的应用。其二，相对运动的方式还可以是样品不动，而激光焦点扫描运动，这种方式主要有点提高成像速度及控制灵活性。激光扫描传统采用双检流计振镜，实现X-Y样品面的二维扫描。由于检流计的响应时间限制，在进行激光扫描显微成像时，512*512像素成像帧速最快5fps，同样限制了研究生物组织内快速变化的信号。若X方向扫描采用8k共振振镜，Y方向扫描采用检流计振镜，这样512*512像素成像帧速可以达到30fps。虽然提高了成像速度，然而采用的共振振镜不同检流计振镜的线性特性，共振振镜具有非线性特性，对系统同步提出更高的要求，故一种双光子硬件同步控制装置亟待提出。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种双光子硬件同步控制装置，该装置可以有效提高成像速度的同时消除共振振镜非线性对成像质量的影响。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种双光子硬件同步控制装置，包括：激光器、普克尔盒、二维振镜扫描模块、光电倍增管、数据采集卡以及主控装置；激光器发出光束，光束通过普克尔盒后进入二维振镜扫描模块，光束经过物镜聚焦于样品面上，二维振镜扫描模块对样品面进行逐点扫描，样品受激产生荧光信号聚焦于光电倍增管上，数据采集卡对光电倍增管上的信号进行采集，并发送给主控装置，主控装置与普克尔盒、二维振镜扫描模块以及数据采集卡连接，主控装置为普克尔盒、二维振镜扫描模块以及数据采集卡提供同步触发信号。本专利技术一种双光子硬件同步控制装置可以有效实现双光子显微成像时二维振镜扫描模块与数据采集卡等外部器件同步，提供一种快速成像显微成像方法，为研究活体生物组织内快速变化的信号提供一种成像手段。在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：作为优选的方案，二维振镜扫描模块包括：X扫描振镜，用于实现样品面的横向扫描；Y扫描振镜，用于实现样品面的纵向扫描。采用上述优选的方案，有效实现对显微视场的遍历。作为优选的方案，主控装置为X扫描振镜提供横向触发信号，横向触发信号为锯齿波，用于实现行扫描；主控装置为Y扫描振镜提供纵向触发信号，纵向触发信号为阶梯波，用于实现换行，且每一个锯齿波对应于每一个阶梯波的一个阶梯。采用上述优选的方案，有效实现对显微视场的遍历。作为优选的方案，二维振镜扫描模块的位置同步信号作为主控装置的输入信号mask clock。采用上述优选的方案，有效实现信号同步。作为优选的方案，主控装置的输入信号mask clock的频率为8K。采用上述优选的方案，成像效果佳。作为优选的方案，主控装置为二维振镜扫描模块提供换行驱动电压，该换行驱动电压呈递减状态，且每次递减与主控装置的输入信号mask clock时序同步。采用上述优选的方案，成像效果佳，成像无倾斜现象。作为优选的方案，主控装置为普克尔盒提供幅值和占空比可调的触发信号，且该触发信号与主控装置的输入信号mask clock时序同步。采用上述优选的方案，保证二维振镜扫描模块与普克尔盒同步。作为优选的方案，主控装置为数据采集卡提供触发信号，且该触发信号与主控装置的输入信号mask clock时序同步。采用上述优选的方案，保证二维振镜扫描模块与数据采集卡同步。附图说明图1为本专利技术实施例提供的在双光子荧光显微镜的光学系统框图。图2为本专利技术实施例提供的双光子硬件同步控制装置的结构框图。图3为本专利技术实施例提供的二维振镜扫描模块的扫描过程示意图。图4为本专利技术实施例提供的主控装置AO2接口与AO3接口输出的触发信号同步时序图。图5为本专利技术实施例提供的换行驱动电压与主控装置的输入信号mask clock的同步时序图。图6为本专利技术实施例提供的主控装置AO4接口输出的触发信号与主控装置的输入信号mask clock的同步时序图。图7为本专利技术实施例提供的主控装置trig接口输出的触发信号与主控装置的输入信号mask clock的同步时序图。其中：1飞秒激光器、2普克尔盒、3二维振镜扫描模块、4光电倍增管、5数据采集卡、6主控装置、61内部同步控制器、7样品、8荧光显微镜、9扩束系统。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。为了达到本专利技术的目的，一种双光子硬件同步控制装置的其中一些实施例中，一种双光子硬件同步控制装置包括：飞秒激光器1、普克尔盒2、二维振镜扫描模块3、光电倍增管4、数据采集卡5以及主控装置6。样品7设置于荧光显微镜8下方。如图1所示，在双光子荧光显微镜的光学系统框图中，飞秒激光器1发出光束，光束经过普克尔盒2后进入扩束系统9进行扩束，扩束后的光束进入二维振镜扫描模块3，光束经过物镜聚焦于样品面上，二维振镜扫描模块3对样品面进行逐点扫描，样品7受激产生荧光信号聚焦于光电倍增管4上，数据采集卡5对光电倍增管4上的信号进行采集，并发送给主控装置6，主控装置6与普克尔盒2、二维振镜扫描模块3以及数据采集卡5连接，主控装置6为普克尔盒2、二维振镜扫描模块3以及数据采集卡5提供同步触发信号。如图2所示，同时，主控装置6和PC端软件进行实时通讯。接收用户通过PC端软件发送的任务指令，对任务进行分解，对PC端软件系统进行状态反馈，对各个电气设备实施有效的控制，使其协同工作完成预设的任务。主控装置6协调各子模块之间协调工作。在本实施例中，主控装置6内设有内部同步控制器61，该内部同步控制器61用于实现各个部件之间的同步，采用FPGA来实现该功能。双光子显微镜采用点扫描的成像方式，在扫描过程中需使扫描点能够遍历整个显微视场。其中，振镜的扫描角度θx、θy与X-Y平面上的点(x，y)存在映射关系： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双光子硬件同步控制装置，包括：激光器、普克尔盒、二维振镜扫描模块、光电倍增管、数据采集卡以及主控装置；激光器发出光束，光束通过所述普克尔盒后进入所述二维振镜扫描模块，光束经过物镜聚焦于样品面上，所述二维振镜扫描模块对样品面进行逐点扫描，样品受激产生荧光信号聚焦于所述光电倍增管上，所述数据采集卡对所述光电倍增管上的信号进行采集，并发送给所述主控装置，其特征在于，所述主控装置与所述普克尔盒、所述二维振镜扫描模块以及所述数据采集卡连接，所述主控装置为所述普克尔盒、所述二维振镜扫描模块以及所述数据采集卡提供同步触发信号。

【技术特征摘要】
1.一种双光子硬件同步控制装置，包括：激光器、普克尔盒、二维振镜扫描模块、光电倍增管、数据采集卡以及主控装置；激光器发出光束，光束通过所述普克尔盒后进入所述二维振镜扫描模块，光束经过物镜聚焦于样品面上，所述二维振镜扫描模块对样品面进行逐点扫描，样品受激产生荧光信号聚焦于所述光电倍增管上，所述数据采集卡对所述光电倍增管上的信号进行采集，并发送给所述主控装置，其特征在于，所述主控装置与所述普克尔盒、所述二维振镜扫描模块以及所述数据采集卡连接，所述主控装置为所述普克尔盒、所述二维振镜扫描模块以及所述数据采集卡提供同步触发信号。2.根据权利要求1所述的双光子硬件同步控制装置，其特征在于，所述二维振镜扫描模块包括：X扫描振镜，用于实现样品面的横向扫描；Y扫描振镜，用于实现样品面的纵向扫描。3.根据权利要求2所述的双光子硬件同步控制装置，其特征在于，所述主控装置为所述X扫描振镜提供横向触发信号，所述横向触发信号为锯齿波，用于实现行扫描；所述主控装置为所述Y扫描振镜提供纵向触发信号，所述纵...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁永，桂振宇，文刚，李思黾，陈晓虎，金鑫，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32