TDI-fMOST成像系统焦平面温漂及补偿

发布时间：2020-07-11 23:52

【摘要】：大脑是已知的最复杂的生物组织系统,人类近百年来一直在探索大脑的工作机理。脑神经网络的结构与功能连接,在大脑中起着至关重要的作用。研究神经元的解剖结构、投射及其连接具有十分重要的意义。本实验室发展了一种结合化学层析的时间延迟积分荧光显微切片成像系统(TDI-fMOST),可在7天左右获取完整的全脑亚微米分辨的神经元结构数据。为保证亚微米级的成像分辨率,成像系统使用了高数值孔径的物镜,其景深为1.0μm,同时化学层析方法激活样本表面的厚度也在1.0μm左右,并且激活部分要处于成像系统的焦面。为了全程持续获得高分辨数据,在整个成像过程中系统的焦平面必须稳定在±0.5μm范围内。在本论文开展前,系统设计尚不完善,长时间工作时观察到温度变化会导致成像系统焦平面漂移,即温漂现象。该现象使图像模糊,通常采用人工值守调焦,以稳定地获取完整的全脑神经元投射信息。本文系统性研究了TDI-fMOST成像系统工作时,温度变化如何通过系统中各部件影响成像系统焦平面的位置。在此基础上提出了一种温度补偿方案,以系统中物镜接口的温度变化为参考,对物镜温度进行反馈调节,从而稳定成像系统的焦平面。通过电路、机械和软件设计,以STM32单片机为核心控制器件,结合PID恒温算法,设计并制作了温度补偿恒焦系统。实验结果表明,在长期工作中,这一方案能够使成像系统焦平面稳定在±0.5μm内,提高了样本采集的长时间稳定性,达到了设计要求。目前这一方案已用于多套系统的正式样本成像,这一温度补偿恒焦装置是现有TDI-fMOST成像系统的重要组成部分。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.6;TP391.41
【图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文2 TDI-fMOST 成像系统焦平面温漂问题2.1 成像系统的组成部分与工作原理实验室发展了结合化学层析的 TDI-fMOST 系统，该系统采用宽场成像的方式结合化学层析抑制样本下层荧光信号的干扰，采用先切削然后激活表面荧光信号并对其进行扫描成像的方式实现了大体积生物样本的三维成像，具有高通量、高分辨率等特点，在脑连接图谱构建和单细胞重建等研究方面拥有广阔的前景，该技术有望在神经成像领域进行大范围推广。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文为了实现快速高通量获取全脑精细神经结构的目标，系统采用了基于时间延积分模式的线扫描成像方式，使用的探测器为 TDI-CCD。TDI-CCD 由多行 CCD阵列组成，相机的曝光与样本的运动同步，每次曝光采集到的信号不会直接输出，是将信号经过多次移位叠加后输出，该方法具有放大信号值的作用，其工作原理如2.2 所示。

图 2.4 条带扫描示意图Figure 2.4 Schematic diagram of band scanning在高分辨率的条件下，鼠脑一张冠状面大小为 6mm×10mm 左右，成像的时间为 60 s~70 s，整个鼠脑约 10 mm，所以每个完整的鼠脑需成像约成像整个鼠脑的时间需要 7 天左右的时间。 运动切片模块运动切片模块主要由三维精密移动平台和安装在刀架上的金刚石刀组成脑冠状面成像完成之后，三维精密移动平台带动样本运动至金刚石刀下，的信号切掉，然后新的样本表面暴露在碱性溶液中，样本表面的信号将被带动样本移动到物镜下进行成像，如此进行循环往复。 溶液循环模块由于化学层析方法的使用，在整个成像过程中样本需要浸泡在碱性激活液

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

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2 张宏,万葆红;测量液体折射率随温度的变化[J];大学物理实验;1998年01期

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2 郑廷;双光子荧光显微光学切片断层成像方法与系统研究[D];华中科技大学;2013年

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本文编号：2751109