1.一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统，其特征在于，包括：循环麻醉模块和功能性光学相干层析成像模块；
所述循环麻醉模块用于麻醉和固定活体斑马鱼，包括：斑马鱼固定组件、温控增氧蓄液池、传输泵和输液导管；斑马鱼固定组件、温控增氧蓄液池和传输泵均设有一个液体输入口和一个液体输出口；斑马鱼固定组件的液体输出口通过输液导管和温控增氧蓄液池的液体输入口连接，温控增氧蓄液池的液体输出口通过输液导管和传输泵的液体输入口连接，传输泵的液体输出口通过输液导管和斑马鱼固定组件的液体输入口连接；所述温控增氧蓄液池内设有温控模块和增氧模块；
所述功能性光学相干层析成像模块用于已麻醉斑马鱼的活体成像，包括：宽光谱光源、偏振控制型光学干涉仪、扫描装置、偏振敏感探测装置和信号处理装置；宽光谱光源的光束输出端和偏振控制型光学干涉仪的光束输入端连接；偏振控制型光学干涉仪的样品光束输出端和扫描装置的光束输入端连接；偏振控制型光学干涉仪的干涉光输出端和偏振敏感探测装置的输入端连接；偏振敏感探测装置的输出端和信号处理装置的输入端连接；
所述成像系统实现成像方法的步骤包括：
1)将麻醉液注入所述温控增氧蓄液池，开启所述温控增氧蓄液池的温控模块和增氧模块，将待测斑马鱼置于所述温控增氧蓄液池中进行预麻醉；所述的温控模块为温控加热棒；所述的增氧模块为增氧泵；
2)斑马鱼预麻醉后，将斑马鱼置入所述斑马鱼固定组件的凹槽内；输液导管经斑马鱼固定组件的液体输入口插入斑马鱼口内；
3)开启传输泵，将所述温控增氧蓄液池中的麻醉液经所述传输泵，由所述输液导管传输至所述斑马鱼固定组件，进入斑马鱼口内，对斑马鱼进行麻醉；
4)麻醉液由斑马鱼口部和鳃部流出，流到斑马鱼固定组件底部的液体输出口，经输液导管回流至所述温控增氧蓄液池；
5)斑马鱼麻醉后，启动功能性光学相干层析成像模块对斑马鱼进行成像；
宽光谱光源输出光束进入偏振控制型光学干涉仪，分为偏振稳定的样品光束和参考光束；所述样品光束经扫描装置照射斑马鱼，自斑马鱼反射或散射返回的样品光束经扫描装置进入偏振控制型光学干涉仪；回射的样品光束和参考光束在偏振控制型光学干涉仪中形成干涉光信号；干涉光信号由偏振控制型光学干涉仪射入偏振敏感探测装置，并转换为干涉电信号；信号处理装置采集所述干涉电信号，并通过功能性光学相干层析术的数据处理算法计算斑马鱼的结构、偏振和血管分布图像；
所述的功能性光学相干层析术的数据处理算法的计算步骤包括：
5-1)信号处理装置采集偏振方向呈水平与竖直的两路干涉信号；
5-2)两路干涉信号补零后进行逆傅里叶变换，获得水平方向H与竖直方向V的两路干涉信号的复振幅并表示为：

其中，z为深度位置的坐标，A和Φ分别是复振幅信号的幅度和相位；
5-3)计算偏振图像，基于偏振敏感OCT的原理，首先计算复振幅信号对应的斯托克斯矢量

其中，斯托克斯矢量是描述偏振的表达形式，I、Q、U、V为斯托克斯矢量的参量；ΔΦ＝ΦH-ΦV，是的复共轭；
5-4)进一步地，由斯托克斯矢量即可计算偏振图像，包括累积相位延迟δ、累积光轴θ和偏振均匀度DOPU，分别如下所示：

5-5)计算结构图像I，如下所示：
I(z)＝|AH(z)2+|AV(z)2
5-6)计算血管分布图像，基于OCT血管造影的原理，如下所示：

其中，x为横向位置的坐标，N表示在同一位置获得的B-scan的帧数，i表示第i帧B-scan图，Ii为第i帧B-scan图的强度信息；同一位置的扫描帧数为2帧到10帧；
6)成像结束后，暂停所述传输泵，将所述温控增氧蓄液池中的麻醉液导出并导入清水，开启传输泵，向斑马鱼口中输入清水，唤醒斑马鱼。

技术领域
[0001]本发明涉及成像技术领域，尤其是涉及一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统及方法。
背景技术
[0002]斑马鱼是一种原产于东南亚的热带鱼类，与人类在遗传基因和生理结构上有很多相似之处。由于其生理优势，斑马鱼作为模式动物在组织发育、修复再生与病理毒理研究等领域具有重要的研究价值，探索其发育与修复再生机制对人类的发育与病理学研究具有重要意义。
[0003]针对各个研究领域，活体成像可以提供最贴近实际的组织信息，并且辅助研究者监测个体不同时期的发展状态，以分析其生理演化机制。
[0004]一般斑马鱼活体成像系统以幼鱼作为成像对象，通过预麻醉使斑马鱼进入静止状态，利用琼脂糖或设计件控制斑马鱼体态，进而使用显微成像系统进行成像。以上方法在斑马鱼活体成像方面仍存在缺陷：1、预麻醉方法无法使斑马鱼处于长期稳定麻醉状态，斑马鱼易于在成像过程中醒来或者死去。2、多数光学成像系统仅适用于幼鱼，无法应用于成年期斑马鱼活体成像。3、斑马鱼活体成像方法主要以荧光显微为主，操作步骤复杂。
[0005]光学相干层析术(Optical Coherence Tomography,OCT)可无标记实时地获得样品的高分辨率、大视场的三维层析图像。近年来OCT与其它技术结合，在获得样品结构信息的基础上，可以提取到样品内部更多特异性功能信息，形成了多种功能性OCT技术，包括偏振敏感OCT(Polarization sensitive OCT,PS-OCT)和光学相干层析血管造影(Opticalcoherence tomography angiography,OCTA)，在斑马鱼活体成像方面具有应用价值。
[0006]因此，亟需一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统及方法，可以维持斑马鱼的活体麻醉状态，并且进行成年斑马鱼的长期稳定活体成像，提供多种无标记的功能性信息。
发明内容
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统及成像方法，该系统可以进行成年斑马鱼的长期稳定活体成像，基于功能性光学相干层析成像模块，可以无标记提供包括成年斑马鱼在内的斑马鱼结构、偏振、血管分布等信息。
[0008]为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
[0009]一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统，包括：循环麻醉模块和功能性光学相干层析成像模块；
[0010]所述循环麻醉模块用于麻醉和固定活体斑马鱼，包括：斑马鱼固定组件、温控增氧蓄液池、传输泵和输液导管；斑马鱼固定组件、温控增氧蓄液池和传输泵均设有一个液体输入口和一个液体输出口；斑马鱼固定组件的液体输出口通过输液导管和温控增氧蓄液池的液体输入口连接，温控增氧蓄液池的液体输出口通过输液导管和传输泵的液体输入口连接，传输泵的液体输出口通过输液导管和斑马鱼固定组件的液体输入口连接；所述温控增氧蓄液池内设有温控模块和增氧模块；
[0011]所述功能性光学相干层析成像模块用于已麻醉斑马鱼的活体成像，包括：宽光谱光源、偏振控制型光学干涉仪、扫描装置、偏振敏感探测装置和信号处理装置。宽光谱光源的光束输出端和偏振控制型光学干涉仪的光束输入端连接；偏振控制型光学干涉仪的样品光束输出端和扫描装置的光束输入端连接；偏振控制型光学干涉仪的干涉光输出端和偏振敏感探测装置的输入端连接；偏振敏感探测装置的输出端和信号处理装置的输入端连接。
[0012]一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼的活体成像方法，采用上述成像系统实现成像方法，步骤包括：
[0013]第1.将麻醉液注入所述温控增氧蓄液池，开启所述温控增氧蓄液池的温控模块和增氧模块，将待测斑马鱼置于所述温控增氧蓄液池中进行预麻醉；所述的温控模块为温控加热棒；所述的增氧模块为增氧泵；
[0014]第2.斑马鱼预麻醉后，将斑马鱼置入所述斑马鱼固定组件的凹槽内；输液导管经斑马鱼固定组件的液体输入口插入斑马鱼口内；
[0015]第3.开启传输泵，将所述温控增氧蓄液池中的麻醉液经所述传输泵，由所述输液导管传输至所述斑马鱼固定组件，进入斑马鱼口内，对斑马鱼进行麻醉；
[0016]第4.麻醉液由斑马鱼口部和鳃部流出，流到斑马鱼固定组件底部的液体输出口，经输液导管回流至所述温控增氧蓄液池；
[0017]第5.斑马鱼麻醉后，启动功能性光学相干层析成像模块对斑马鱼进行成像；
[0018]宽光谱光源输出光束进入偏振控制型光学干涉仪，分为偏振稳定的样品光束和参考光束；所述样品光束经扫描装置照射斑马鱼，自斑马鱼反射或散射返回的样品光束经扫描装置进入偏振控制型光学干涉仪；回射的样品光束和参考光束在偏振控制型光学干涉仪中形成干涉光信号；干涉光信号由偏振控制型光学干涉仪射入偏振敏感探测装置，并转换为干涉电信号；信号处理装置采集所述干涉电信号，并通过功能性光学相干层析术的数据处理算法计算斑马鱼的结构、偏振和血管分布图像；
[0019]第6.成像结束后，暂停所述传输泵，将所述温控增氧蓄液池中的麻醉液导出并导入清水，开启传输泵，向斑马鱼口中输入清水，唤醒斑马鱼。
[0020]所述的功能性光学相干层析术的数据处理算法的计算步骤包括：
[0021]1.信号处理装置采集偏振方向呈水平与竖直的两路干涉信号；
[0022]2.两路干涉信号补零后进行逆傅里叶变换，获得水平方向(H)与竖直方向(V)的两路干涉信号的复振幅其可表示为：
[0023]
[0024]其中，z为深度位置的坐标，A和Φ分别是复振幅信号的幅度和相位；
[0025]3.计算偏振图像，基于PS-OCT的原理，首先计算复振幅信号对应的斯托克斯矢量
[0026]
[0027]其中，斯托克斯矢量是描述偏振的表达形式，I、Q、U、V为斯托克斯矢量的参量；ΔΦ＝ΦH-ΦV，是的复共轭；
[0028]4.进一步地，由斯托克斯矢量即可计算偏振图像，包括累积相位延迟(δ)、累积光轴(θ)与偏振均匀度(DOPU)，分别如下所示：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]5.计算结构图像(I)，如下所示：
[0033]I(z)＝|AH(z)|2+|AV(z)|2
[0034]6.计算血管分布图像，如下所示：
[0035]
[0036]其中，x为横向位置的坐标，N表示在同一位置获得的B-scan的帧数，i表示第i帧B-scan，Ii为第i帧B-scan图的强度信息。同一位置的扫描帧数可以为2帧到10帧。
[0037]本发明的优点和有益效果：
[0038]1、斑马鱼循环麻醉固定模块可使斑马鱼长期处于活体稳定状态，保证成像系统的成像效果，降低成像系统操作难度；
[0039]2、功能性光学相干层析成像模块因其可实现大的成像深度，可对成年斑马鱼进行活体成像；
[0040]3、本发明所述系统结合PS-OCT与OCTA功能技术，具有非侵入、高分辨、在体实时检测生物组织内部微结构的优点，可以无标记提供斑马鱼的结构、偏振、血管分布等信息。
附图说明
[0041]图1是斑马鱼固定组件的一种典型结构的正视图；
[0042]图2是斑马鱼固定组件的一种典型结构的左视图；
[0043]图3是斑马鱼固定组件的一种典型结构的俯视图；
[0044]图4是斑马鱼固定组件的一种典型结构的立体图；
[0045]图5是一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统的典型方案示意图；
[0046]图6是一种功能性光学相干层析术的数据处理算法流程图；
[0047]图7是斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼的一个结构图像；
[0048]图8是斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼的一个偏振图像；
[0049]图9是斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼皮肤的一个血管分布图像。
具体实施方式
[0050]为了更加清楚地说明本发明的效果，提供以下实施例并结合附图进行详细说明。
[0051]图1是斑马鱼固定组件的一种典型结构的正视图；图2是斑马鱼固定组件的一种典型结构的左视图；图3是斑马鱼固定组件的一种典型结构的俯视图；图4是斑马鱼固定组件的一种典型结构的立体图。
[0052]所述固定组件可以在成像过程中支撑固定斑马鱼，使麻醉液可以稳定输入斑马鱼，并及时流出。该组件包含容纳斑马鱼的凹槽101，所述凹槽的侧壁设有液体输入口102，底部设有液体输出口103，所述的液体输入口与输出口可插入配有堵水垫圈的导管；凹槽的两侧底边设有支撑斑马鱼的两排球状支柱104，支柱之间设置间隔；斑马鱼固定组件外侧设有导管插槽105，可匹配用于斑马鱼口的导管固定件。
[0053]图5为本发明实施例的一种基于功能性光学相干层析术的斑马鱼活体成像系统方案的典型实施例；所述成像系统包括：循环麻醉模块和功能性光学相干层析成像模块。
[0054]所述循环麻醉模块包括：斑马鱼固定组件、温控增氧蓄液池、传输泵和输液导管；所述温控增氧蓄液池内还设有温控模块和增氧模块。
[0055]本实施例中，首先将麻醉液注入所述温控增氧蓄液池110，开启温控增氧蓄液池110中的温控加热棒111和增氧泵112，使麻醉液的温度与含氧量可以维持斑马鱼的活体麻醉，将待测斑马鱼置于所述温控增氧蓄液池110中进行预麻醉。
[0056]斑马鱼在预麻醉后，被置入斑马鱼固定组件100的凹槽101内；匹配导管固定件106的液体输入导管107经固定组件100的液体输入口102插入斑马鱼口内。
[0057]然后，开启传输泵120，将温控增氧蓄液池110中的麻醉液经输液导管113、传输泵120和液体输入导管107传输至斑马鱼口内，对斑马鱼进行麻醉；麻醉液由斑马鱼口部和鳃部流至斑马鱼固定组件底部的液体输出口103，经配有堵水垫圈108的液体输出导管109回流至温控增氧蓄液池110。基于上述装置，斑马鱼在固定组件100的凹槽101内维持稳定活体麻醉状态。
[0058]功能性光学相干层析成像模块被用于对所述麻醉状态的斑马鱼进行活体成像，实施例中所述成像系统包括：宽光谱光源200、偏振控制型光学干涉仪210、扫描装置220、偏振敏感探测装置230和信号处理装置240。
[0059]实施例中所述宽光谱光源200用于输出宽光谱光束，进入偏振控制型光学干涉仪210。
[0060]实施例中所述偏振控制型光学干涉仪210利用线偏振片211使光源200的输出光束变为竖直偏振光，进一步地被一个50:50非偏振分束器212均分为参考光束与样品光束；参考光束通过一片快轴方向与竖直方向呈22.5°的四分之一波片213和一个色散补偿器214，由金镜215原路反射回分束器212；样品光束则通过快轴方向与竖直方向呈45°的四分之一波片216，使样品光束由竖直线偏振态转为圆偏振态。之后，样品光束经扫描装置220扫描斑马鱼。
[0061]实施例中所述扫描装置220通过二维振镜221和扫描物镜222扫描斑马鱼全身，并获得同一位置的多帧图像，用于计算斑马鱼的血管分布信息；包含斑马鱼信息的背向散射光经扫描装置220，再次进入偏振控制型光学干涉仪210，到分束器212与参考光形成干涉；之后，干涉光射入偏振敏感探测装置230。
[0062]实施例中所述偏振敏感探测装置230利用偏振分束器231将干涉光分为偏振方向水平和竖直的两束光，并分别由两个光信号探测器232和233接收并转换为电信号传输至信号处理装置240进行计算；实施例中所述信号处理装置240为配有高速信号采集卡的计算机，通过功能性光学相干层析术的数据处理算法计算斑马鱼的结构、偏振和血管分布图像。
[0063]成像结束后，暂停传输泵120，将温控增氧蓄液池110中的麻醉液导出，并导入清水，开启传输泵120，向斑马鱼口中输入清水以唤醒斑马鱼。
[0064]图6为本发明实施例的一种功能性光学相干层析术的数据处理算法流程图，其具体流程如下：
[0065]首先，信号处理装置240采集两个探测器232和233接收的两路干涉信号；然后，对两路干涉信号补零后进行逆傅里叶变换，获得水平方向(H)与竖直方向(V)的两路干涉信号的复振幅其可表示为：
[0066]
[0067]其中，z为深度位置的坐标，A和Φ分别是复振幅信号的幅度和相位；
[0068]计算偏振图像，基于PS-OCT的原理，首先计算复振幅信号对应的斯托克斯矢量
[0069]
[0070]其中，斯托克斯矢量是描述偏振的表达形式，I、Q、U、V为斯托克斯矢量的参量；ΔΦ＝ΦH-ΦV，是的复共轭；进一步地，由斯托克斯矢量即可计算偏振图像包括，累积相位延迟(δ)、累积光轴(θ)与偏振均匀度(DOPU)，分别如下所示：
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]计算结构图像(I)，如下所示：
[0075]I(z)＝|AH(z)2+|AV(z)|2
[0076]进一步地，计算血管分布图像，如下所示：
[0077]
[0078]其中，x为横向位置的坐标，N表示在同一位置获得的B-scan的帧数，i表示第i帧B-scan，Ii为第i帧B-scan的强度信息；通过调整同一位置的扫描帧数，可以改善血管分布图像的对比度和信噪比。同一位置的扫描帧数可以为2帧到10帧。
[0079]图7为本发明实施例的斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼的一个结构图像，图8为本发明实施例的斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼的一个偏振图像；可见，本发明提出的斑马鱼活体成像系统获得的结构和偏振图像可以清晰显示区分不同组织区域。
[0080]图9为本发明实施例的斑马鱼活体成像系统获得的活体斑马鱼皮肤的一个血管分布图像；可见，本发明提出的斑马鱼活体成像系统可以无标记地清晰显示斑马鱼皮肤的血管分布图像。
[0081]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。