本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鎖相技術(shù)的低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法。

背景技術(shù)：

1、聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料因其在生物體內(nèi)可長時間有效成像而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注，其中聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料通過分子聚集來增強熒光信號，其成像信號穩(wěn)定且能避免傳統(tǒng)熒光染料在稀釋狀態(tài)下的自淬滅問題，因而能夠提供穩(wěn)定且清晰的熒光信號，但該技術(shù)也存在問題如下：

2、(一)由于熒光成像需要注射高劑量的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料來獲得清晰的熒光圖像，而高劑量的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料由于存在對生物體毒性未知，存在潛在毒性，且代謝時間長，進(jìn)一步阻礙了臨床應(yīng)用。

3、(二)傳統(tǒng)激發(fā)光式的熒光成像方式受對焦、光源、濾光片以及熒光探針及樣品綜合影響，尤其是針對目前的領(lǐng)域內(nèi)在長波段1300nm～1700nm，尤其是在1400nm～1700nm難以得到清晰的熒光圖像，無法準(zhǔn)確觀察和分析生物樣本的細(xì)微結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，包括以下步驟：

4、被測生物的染料注射：選擇被測生物并注射低劑量的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料；

5、激勵源的設(shè)置與調(diào)節(jié)：選擇頻率可調(diào)節(jié)的激勵光源激勵被測生物；

6、圖像采集：等時間間隔采集從被測生物發(fā)出的熒光信號；

7、預(yù)處理：處理所述熒光信號并生成熒光圖像；

8、鎖相處理：對所述熒光圖像應(yīng)用鎖相處理，以從所述熒光圖像中分離出與所述激勵光源同頻的熒光信號分量并生成鎖相成像結(jié)果。

9、進(jìn)一步的，所述激勵光源的調(diào)制頻率為0.025-1000hz，所述激勵光源的輸出強度為1-726mw/cm2。

10、進(jìn)一步的，根據(jù)所述激勵光源的調(diào)制頻率、輸出強度設(shè)置相機曝光時間，所述相機曝光時間為0.2ms～10s。

11、進(jìn)一步的，所述鎖相處理包括步驟如下：

12、將所述熒光信號分量與同頻的正弦參考信號卷積，以獲取正弦分量的累加結(jié)果；

13、將所述熒光信號分量與同頻的余弦參考信號卷積，以獲取余弦分量的累加結(jié)果；

14、根據(jù)正弦分量與余弦分量的累加結(jié)果計算每個像素點隨激勵信號周期性變化的幅度值。

15、進(jìn)一步的，將熒光信號分量與同頻的正弦參考信號卷積包括計算式如下

16、

17、a1(x,y)表示正弦分量的累加結(jié)果，f(x,y,i)表示第i張圖像中位于(x,y)位置處像素點的像素值大小，表示正弦參考信號。

18、進(jìn)一步的，將熒光信號分量與同頻的余弦參考信號卷積包括計算式如下

19、

20、a2(x,y)表示余弦分量的累加結(jié)果，f(x,y,i)表示第i張圖像中位于(x,y)位置處像素點的像素值大小，表示余弦參考信號。

21、進(jìn)一步的，每個像素點隨激勵信號周期性變化的幅度值包括計算式如下：

22、

23、其中a1(x,y)表示正弦分量的累加結(jié)果，a2(x,y)表示余弦分量的累加結(jié)果，a(x,y)表示每個像素點隨激勵信號周期性變化的幅度值。

24、相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法的裝置，其特征在于：所述裝置包括

25、激勵光源，所述激勵光源產(chǎn)生測量用的激勵信號激勵被測生物，使被測生物產(chǎn)生與激勵光源同頻的熒光；

26、鎖相模塊，所述鎖相模塊控制激勵光源調(diào)制的信號及成像模塊的圖像采集，使所述成像模塊等時間間隔采集熒光圖像，并對所述熒光圖像應(yīng)用鎖相算法處理，以獲取每個像素點隨激勵信號周期性變化的幅度值；

27、成像模塊，捕捉被測生物發(fā)出的熒光信號并輸出至鎖相模塊。

28、進(jìn)一步的，所述鎖相模塊包括計算模塊及信號發(fā)生模塊，其中

29、所述計算模塊用于將采集的熒光圖像作鎖相計算；

30、所述信號發(fā)生模塊用于輸出方波調(diào)制激勵光源，使所述激勵光源對被測生物周期性調(diào)制。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下

32、通過將熒光圖像中每個像素點的幅值信號與激勵源同頻的正弦或余弦信號做卷積，利用三角函數(shù)的正交性，有效抑制了噪聲，使得與周期性光源的同頻變化的熒光信號得以保留，顯著提升了熒光圖像的信噪比，使得在低劑量下也能清晰觀察到聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料的熒光信號，這不僅降低了實驗成本，還減少了染料對生物體的影響，有利于開展更加安全、環(huán)保的生物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷。

33、進(jìn)一步的，由于信噪比的提高，熒光圖像的成像質(zhì)量得到了顯著改善。圖像中的熒光信號更加清晰、銳利，背景噪聲減少，使得研究人員能夠更準(zhǔn)確地識別和定位熒光信號源，從而提高了生物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。

34、進(jìn)一步的，卷積處理不僅抑制了噪聲，還增強了熒光信號與背景之間的對比度。這使得在低劑量下熒光信號的檢測更加敏感，即使是很微弱的熒光信號也能被清晰捕捉和顯示。

35、由于信噪比的提升和成像質(zhì)量的改善，研究人員可以在使用更低劑量的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料的情況下獲得清晰的熒光圖像。這不僅降低了實驗成本，還減少了染料對生物體的潛在影響，有利于開展更加安全、環(huán)保的生物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷。

技術(shù)特征：

1.一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：所述激勵光源的調(diào)制頻率為0.025-1000hz，所述激勵光源的輸出強度為1-726mw/cm2。

3.如權(quán)利要求2所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：根據(jù)所述激勵光源的調(diào)制頻率、輸出強度設(shè)置相機曝光時間，所述相機曝光時間為0.2ms～10s。

4.如權(quán)利要求1所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：所述鎖相處理包括步驟如下：

5.如權(quán)利要求1所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：將熒光信號分量與同頻的正弦參考信號卷積包括計算式如下

6.如權(quán)利要求1所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：

7.如權(quán)利要求1所述的一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，其特征在于：每個像素點隨激勵信號周期性變化的幅度值包括計算式如下：

8.利用如權(quán)利要求1～7任意一項所述一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法的裝置，其特征在于：所述裝置包括

9.如權(quán)利要求8所述一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法的裝置，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種低劑量聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料生物成像方法，包括以下步驟：選擇被測生物并注射低劑量的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料；選擇頻率可調(diào)節(jié)的激勵光源激勵被測生物；等時間間隔采集從被測生物發(fā)出的熒光信號；處理熒光信號并生成熒光圖像；對熒光圖像應(yīng)用鎖相處理，從熒光圖像中分離出與所述激勵光源同頻的熒光信號分量并生成鎖相成像結(jié)果。通過將熒光圖像中每個像素點的幅值信號與激勵源同頻的正弦或余弦信號做卷積，利用三角函數(shù)的正交性，有效抑制了噪聲，使得與周期性光源的同頻變化的熒光信號得以保留，顯著提升了熒光圖像的信噪比，使得在低劑量下也能清晰觀察到聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料的熒光信號。

技術(shù)研發(fā)人員：趙征,唐本忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：香港中文大學(xué)（深圳）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15