本发明专利技术涉及医学成像技术领域，涉及一种微型的无线荧光显微镜及成像方法。本发明专利技术总重量2.7克，总功耗约为0.7W，在高集成度的条件下实现了低功耗的无线发射功能和远程控制功能，以及多个设备同时工作互不干扰的特性。本发明专利技术的成像装置通过5.8GHz的射频信号将采集到的荧光显微图像传送到接收端并使用硬盘录像机保存并实时播放。本发明专利技术的无线控制功能可以在实验过程中远程控制显微镜的增益值，激发光LED的亮度以及控制显微镜的开关，从而实现了根据需要实施调控图像参数，以及待机功能，在不需要成像的时间段关闭显微镜进入待机状态以减少功耗。少功耗。少功耗。
【技术实现步骤摘要】
无线微型荧光显微成像装置及其应用
[0001]本专利技术涉及无线微型荧光显微成像装置及其应用，属于生物监测设备领域。
技术介绍
[0002]荧光显微镜(Fluorescence microscope)是以特定波长的光源照射被检物体，使之发出荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。在生物领域，对自由活动的动物体的脑细胞和血管的成像是相关领域科学研究的重要手段。荧光显微镜可被用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等，为探索神经环路结构和功能提供了极大的帮助。但传统的荧光显微镜的总重量大，占空间多，造价高，这些特性在诸多方面也限制了科学探索的前进。例如在观察记录实验动物脑部细胞活动时，由于传统荧光显微镜的体型较大，所以不得不将实验动物麻醉或者束缚起来，以保证成像的稳定性。但对清醒的，自由活动的实验动物脑部血流或者神经元活动观察实验就很难完成。因此，开发适合放置在自由活动的实验动物头部的便携式微型荧光显微镜是学者们的迫切需求。虽然已报道了某些微型荧光显微镜，但是大部分是有线连接的方案。有线连接的方案采用将显微镜和上位机用导线连接的方式，导致动物的自由活动受到较大限制，一些复杂的行为(例如小鼠钻洞行为)会遇到阻碍，难以实现完全的自由活动，导致实验结果与自然状况存在偏差。另外，由于导线容易出现缠绕问题，也很难实现做多只小鼠的行为学(如多只小鼠的社交行为学)实验；而无线连接方案则是通过将行为学数据存储在动物背负的储存卡中来实现的。该方案不允许科研人员在实验过程中实时观察实验数据，而只能在实验完成以后将SD卡取出读取数据，导致无法对实验结果进行有效的实时监测。
技术实现思路
[0003]为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种无线荧光成像装置，包括荧光成像显微镜、无线控制单元、无线视频传输单元、无线视频接收单元和视频储存单元，其中，所述无线控制单元包括接收控制端指令的元件和控制荧光成像显微镜的元件，所述无线控制单元与所述无线视频传输单元的频段不相同。
[0004]根据本专利技术的实施方案，所述无线控制单元包含2.4GHz射频芯片(如NRF24LE1)，该芯片用于接收上位机控制端(如计算机)的控制指令，以实现无线控制功能。
[0005]根据本专利技术的实施方案，所述无线控制单元包含一个带有2.4GHz射频芯片(如NRF24LE1)的开发板，用于接收控制端(如计算机)的控制指令并通过射频信号发送出去。
[0006]根据本专利技术的实施方案，另一个2.4GHz射频芯片(如NRF24LE1)设置于显微镜的电路上，并接收控制指令以实现无线控制功能。
[0007]根据本专利技术的实施方案，所述无线控制所要实现的功能包括但不限于选自下列的功能：控制荧光成像激发光的LED亮度、控制荧光成像的CMOS增益值以及远程控制显微镜的开关。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述无线视频传输单元包含5.8GHz射频芯片，例如
RTC6705。优选地，所述5.8GHz射频芯片具有2个以上的射频频段，优选12个以上的射频频段，更优选24个射频频段。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述无线视频传输单元采用两个以上的不同频段，以使这些频段在传输过程中互不干扰，实现多个设备同时传输图像。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述无线视频传输单元包含5.8GHz图传模块EWRF 708R。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述视频储存单元可以为硬盘录像机，例如海康威视的硬盘录像机7804HQH
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K1。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述荧光成像显微镜的外壳材料可以选自聚酯材料，如聚甲醛树脂(POM)；所述荧光成像显微镜的成像芯片可以选自OV7960，从而在对光的灵敏度较高的情况下，输出模拟视频信号。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述微型荧光显微镜优选包括显微镜照明器，以及反射镜、微型物镜、滤光等若干独立光学元器件以及面阵光电探测器；所述光学元器件通过机械外壳固定在一起。显微镜照明器可使用单色LED，也可以使用光纤耦合外部激光。配置不同波长的光源及滤光片组，可以实现基于不同荧光蛋白的荧光成像。所述微型物镜由梯度折射率透镜构成，具体选择与成像需求有关。所述面阵光电探测器，位于所述显微镜的成像平面上，用于数据采集并将数据通过无线或者有线的方式传递数据处理模块。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述无线荧光成像装置的电路板包含柔性区域，以使电路板位于柔性区域两侧的部分可以弯折，从而位于不同的平面。优选地，弯折后的电路板可以为L型、n型、V型、U型或其他结构。由此，电路运行产生的热量可以从弯折后电路板的空腔中流过，改善显微镜的散热，并缩小电路板的体积。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述无线荧光成像装置的外壳包含散热孔。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述无线荧光成像装置根据射频芯片RTC6705的芯片手册，使用34引脚，断开35引脚，实现低功耗模式运行。
[0017]本专利技术还提供一种监测系统，包括所述无线荧光成像装置和行为学相机。优选地，所述行为学相机获得的图像或视频数据传输至所述视频储存单元。
[0018]本专利技术还提供所述无线荧光成像装置用于监测动物的应用。
[0019]本专利技术还提供一种监测动物行为的方法，包括使用所述无线荧光成像装置监测动物。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述动物可以是人以及除人之外的动物如小鼠、大鼠、兔等。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述监测动物行为的方法还包括对一个或更多个动物进行视觉刺激测试、光刺激测试、钻洞测试等中的一种或多种。
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述监测动物行为的方法包括：当观察到小鼠的视线朝向显示器的时候，控制电脑程序同时显示棋盘格的视觉刺激，视觉刺激持续2秒后消失，观察小鼠看到棋盘格以后视觉皮层的变化情况。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述监测动物行为的方法在旷场中进行。
[0024]优选地，所述旷场的两个面是透明的，可以在紧贴旷场透明面外侧的位置设置两个显示器。观察小鼠左眼的朝向，当观察到小鼠的视线朝向显示器的时候，控制电脑程序同时显示棋盘格的视觉刺激，视觉刺激持续2秒后消失，观察小鼠看到棋盘格以后视觉皮层的
变化情况。
[0025]根据本专利技术的实施方案，所述监测动物行为的方法包括图像控制方法，其中所述图像控制方法包括如下步骤：
[0026](1)根据实时接收到的图像，设置成像用光源(如LED)的初始值；
[0027](2)计算初始成像时的图像的均值作为自动控制亮度的参考；
[0028](3)计算获得的每一张图像的均值，并计算后一张图像减去前一张图像之间的均值差值；
[0029](4)调节光源亮度，使其亮度等于初始值与上述均值差值的和。
[0030]优选地，所述图像控制方法中的动物为经注射荧光染料的动物。
[0031]根据本专利技术的实施方案当所述动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无线荧光成像装置，包括荧光成像显微镜、无线控制单元、无线视频传输单元、无线视频接收单元和视频储存单元；其中，所述无线控制单元包括接收控制端指令的元件和控制荧光成像显微镜的元件，所述无线控制单元与所述无线视频传输单元的频段不相同。2.根据权利要求1所述的无线荧光成像装置，其中：所述荧光成像显微镜的外壳材料可以选自聚酯材料，如聚甲醛树脂(POM)；所述荧光成像显微镜的成像芯片选自OV7960。3.根据权利要求1或2所述的无线荧光成像装置，其中：所述无线控制单元包含一个带有2.4GHz射频芯片(如NRF24LE1)的开发板，用于接收控制端(如计算机)的控制指令并通过射频信号发送出去；另一个2.4GHz射频芯片(如NRF24LE1)设置于显微镜的电路上，并接收控制指令以实现无线控制功能。4.根据权利要求1
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3任一项所述的无线荧光成像装置，其中：无线控制所要实现的功能包括但不限于选自下列的功能：控制荧光成像激发光的LED亮度、控制荧光成像的CMOS增益值以及远程控制显微镜的开关。5.根据权利要求1
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4任一项所述的无线荧光成像装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：李长辉，李文昭，马中天，张晨，王仰真，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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