一种荧光成像方法及装置与流程

本申请涉及荧光成像技术领域，涉及一种荧光成像方法及装置。

背景技术：

目前行业内利用大型强激光装置开展相应的研发和研究是国际上应用最广泛的手段，其中x光背光照相是应用最为成熟的技术，其中x光又称x射线，是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。

x射线荧光成像是利用激光打靶产生硬x射线作为泵浦源，激发待研究样品中示踪元素的荧光信号，通过x射线荧光成像获得示踪元素空间位置，从而推断出样品在加载条件下的流体运动状态。x射线荧光成像是一种特异性的诊断技术，通过对特定示踪元素特征谱线的单能荧光成像，可以追踪特定原子的运动过程。由于k层空穴的寿命一般小于皮秒，所以x射线荧光成像技术可以达到亚皮秒级的时间分辨，可用于诊断超快流体力学演化过程。再者，荧光的发射是各向同性的，所以可在多个空间立体角内同时进行x射线荧光成像。因此，采用x光荧光成像技术可以解决传统的x光背光照相技术中存在的既有问题，从原理上可以实现对复杂流体过程的诊断。但是由于荧光从原理上比传统的x光背光源亮度低2至3个数量级，其成像信号强度偏低，限制了其应用。使得目前国际上基于大型强激光装置的荧光成像技术仅仅开展了原理演示实验，并没有具体应用到物理研究上。因此，从实验技术上提高荧光信号的强度对于荧光成像技术的应用具有重要的意义和价值。因此，现有技术中存在着基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种荧光成像方法及装置，用于解决现有技术中基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的问题。

本申请提供了的一种荧光成像方法，所述荧光成像方法包括：将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光，所述多束激光中的每一束激光和所述多个泵浦材料片中的每一个泵浦材料片一一对应；所述多个泵浦x光均匀辐照掺杂荧光元素的样品，产生荧光信号，所述掺杂荧光元素的样品设置于与所述多个泵浦材料片相对应的中心位置；根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像。

可选地，在本申请实施例中，在所述将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光之前，还包括：将所述掺杂荧光元素的样品移动到所述激光装置的中心位置。

可选地，在本申请实施例中，在所述将所述掺杂荧光元素的样品移动到所述激光装置的中心位置之前，还包括：将所述多个泵浦材料片分别设置在所述掺杂荧光元素的样品的预设位置。

可选地，在本申请实施例中，在所述根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像之后，还包括：将所述荧光图像进行分析，获得流体演化运动的信息。

可选地，在本申请实施例中，所述根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像，包括：用成像记录设备记录所述荧光信号记录在多个成像记录介质中；根据所述多个成像记录介质中的荧光信号携带样品的动态信息，获得荧光图像。

本申请还提供了一种荧光成像装置，所述荧光成像装置包括：激光装置、多个泵浦材料片、掺杂荧光元素的样品和成像记录设备；所述多个泵浦材料片围绕所述掺杂荧光元素的样品设置，所述掺杂荧光元素的样品设置于与所述多个泵浦材料片相对应的中心位置，所述成像记录设备设置于可接收从所述掺杂荧光元素的样品射出荧光信号的位置。

可选地，在本申请实施例中，所述成像记录设备包括至少一个成像记录介质，所述至少一个成像记录介质设置于可接收从所述掺杂荧光元素的样品射出荧光信号的位置。

可选地，在本申请实施例中，还包括精密电控装置；所述掺杂荧光元素的样品设置于所述精密电控装置上，所述精密电控装置用于移动所述掺杂荧光元素的样品。

可选地，在本申请实施例中，所述多个泵浦材料片的材料包括金属钒。

可选地，在本申请实施例中，所述成像记录设备包括x光针孔相机。

本申请提供一种荧光成像方法及装置，通过将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光，所述多个泵浦x光均匀辐照掺杂荧光元素的样品产生荧光信号，从而获得荧光图像，其中，所述多束激光中的每一束激光和所述多个泵浦材料片中的每一个泵浦材料片一一对应，所述掺杂荧光元素的样品设置于与所述多个泵浦材料片相对应的中心位置。通过多个泵浦x光辐照掺杂荧光元素的样品产生荧光信号，导致荧光信号在样品处重叠以加强荧光信号的强度，这种方式从而有效地解决了现有技术中基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的问题。

为使本申请的上述目的和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的荧光成像方法流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的荧光成像方法的全部流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的荧光成像方法的步骤s130流程示意图；

图4示出了本申请实施例提供的荧光成像装置结构示意图。

图标：101-荧光成像装置；100-激光装置；200-多个泵浦材料片；300-掺杂荧光元素的样品；400-成像记录设备；410-成像记录介质；500-精密电控装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本申请的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在高能量密度物理，惯性约束聚变，实验室天体物理等前沿学科领域中流体演化过程的研究是至关重要的一个环节。以激光惯性约束聚变为例，内爆过程中的流体力学不稳定性会引起热斑混合，是导致点火失败的重要因素。对靶丸各界面流体力学不稳定性增长过程进行实验诊断，对正确认识混合悬崖，提高点火靶设计可信度，降低驱动器造价具有重要的意义；再以实验室天体物理研究为例，为了自洽解释超新星爆炸的观察数据，需要在理论模型中考虑超新星内部多层介质的混合。通过尺度缩比，能够在激光装置上开展模拟超新星爆炸的流体力学实验，研究相似的流体力学演化过程。流体演化过程的实验诊断结果被用来校正现有的流体演化模拟程序，以促进对超新星爆炸过程物理机制的理解。总的来说，利用激光装置开展相应的实验研究是国际上应用最广泛的研究手段，其中x光背光照相是应用最为成熟的实验技术。但是x光背光照相存在着多层样品吸收干扰、成像方位受限、时间分辨较低等缺点，并不适合应用于复杂流体过程的研究

第一实施例

请参见图1，图1示出了本申请实施例提供的荧光成像方法流程示意图。本申请提供了的一种荧光成像方法，所述荧光成像方法包括：

步骤s110：将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光，所述多束激光中的每一束激光和所述多个泵浦材料片中的每一个泵浦材料片一一对应。

其中，需要说明地是，利用荧光发射各向同性的特点，摒弃传统的采用单束或多束激光叠加起来产生一个泵浦源的概念，将多束泵浦激光分散开，每束激光各自产生一个独立的泵浦源。每一束激光和每一个泵浦材料片一一对应，通过这种方式从而使得荧光成像技术中荧光信号更加均匀地分布。

步骤s120：所述多个泵浦x光均匀辐照掺杂荧光元素的样品，产生荧光信号，所述掺杂荧光元素的样品设置于与所述多个泵浦材料片相对应的中心位置。

其中，需要说明地是，将样品泵浦材料片按照一定结构组装在一起，掺杂荧光元素的样品放置在中心，泵浦材料片围绕样品，需要通过精密电控装置送入激光装置靶室中心，即这里所说的多个泵浦材料片相对应的中心位置。

步骤s130：根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像。

其中，需要说明地是，将掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号携带样品的动态信息并被成像记录设备记录下来，从而获得荧光图像。

本申请提供一种荧光成像方法，通过将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光，所述多个泵浦x光均匀辐照掺杂荧光元素的样品产生荧光信号，从而获得荧光图像。通过这种方式从而使得荧光成像技术中荧光信号在样品处重叠以加强荧光信号的强度，从而有效地解决了现有技术中基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的问题。

请参见图2，图2示出了本申请实施例提供的荧光成像方法的全部流程示意图。可选地，在本申请实施例中，在所述将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光之前，还包括：

步骤s100：将所述掺杂荧光元素的样品移动到所述激光装置的中心位置。

其中，需要说明地是，将样品泵浦材料片按照一定结构组装在一起，掺杂荧光元素的样品放置在中心，即这里所说的所述激光装置的中心位置。

请参见图2，可选地，在本申请实施例中，在所述将所述掺杂荧光元素的样品移动到所述激光装置的中心位置之前，还包括：

步骤s90：将所述多个泵浦材料片分别设置在所述掺杂荧光元素的样品的预设位置。

其中，需要说明地是，将所述多个泵浦材料片分别设置在所述掺杂荧光元素的样品的预设位置，这里所说的预设位置，即是将所述多个泵浦材料片围绕所述掺杂荧光元素的样品而设置的位置。换句话说，所述掺杂荧光元素的样品设置在所述多个泵浦材料片的中心位置。

请参见图2，可选地，在本申请实施例中，在所述根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像之后，还包括：

步骤s140：将所述荧光图像进行分析，获得流体演化运动的信息。

其中，需要说明地是，在荧光信号携带样品的动态信息并被成像记录设备记录下来之后，分析荧光图像，即可获得流体演化运动的信息、

请参见图3，图3示出了本申请实施例提供的荧光成像方法的步骤s130流程示意图。可选地，在本申请实施例中，所述根据所述掺杂荧光元素的样品射出的荧光信号，获得荧光图像，包括：

步骤s131：用成像记录设备记录所述荧光信号记录在多个成像记录介质中。

其中，需要说明地是，用成像记录设备记录所述荧光信号可以记录在一个成像记录介质中，也可以记录在多个成像记录介质中，这里记录在成像记录介质的具体个数不应理解为对本申请的限制。

步骤s132：根据所述多个成像记录介质中的荧光信号携带样品的动态信息，获得荧光图像。

其中，需要说明地是，根据所述多个成像记录介质中的荧光信号携带样品的动态信息，即前面所述的分析荧光图像获得流体演化运动的信息，就可以获得荧光图像。

为了便于理解，下面介绍本申请实施例提供的荧光成像方法的另一种实施方式，具体的实施方式描述如下：

一种基于激光装置的多角度、高亮度泵浦荧光成像技术，主要针对目前国际上基于激光装置的荧光成像技术存在的荧光信号弱(由于荧光效率是由样品材料决定的，所以荧光信号弱等效于泵浦源强度低)、待测样品对泵浦光源自吸收效应强的问题作出优化改进。本申请的多角度、高亮度泵浦荧光成像技术能够适用于高能量密度物理，惯性约束聚变，实验室天体物理等前沿学科领域，对相关领域的复杂流体演化过程，能够通过激光装置平台进行实验室环境下的模拟。

本申请利用荧光发射各向同性的特点，摒弃传统的采用单束或多束激光叠加起来产生一个泵浦源的概念，将多束泵浦激光分散开，每束激光各自产生一个独立的泵浦源。其中利用泵浦光产生荧光的特点，单束激光无需采用束匀滑技术，功率密度可以达到2×10¹⁵w/cm²，能够最高效的产生4至10kev能段的x光泵浦源，是目前激光装置物理研究中最常用的x光源，其激光-x光的转换效率可以达到1至3％。这意味着采用本申请提出的泵浦方式，单束激光能够产生约10¹⁶/ns的光通量，只要采用足够多的激光束，就能够获得满足物理研究所需求的荧光信号(泵浦源强度)；而传统的采用多束激光叠加的方式在激光束数量增加后，受限制于激光与等离子体相互作用，高温等离子体发射受限等影响，其激光-x光转换效率会显著的降低，即使采用足够的激光束叠加，泵浦源强度也很难得到有效的提升。

利用多角度均匀泵浦的概念，解决传统基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的缺点。在激光装置荧光成像实验中需要对待测样品进行示踪元素掺杂并利用示踪元素产生荧光信号。由于泵浦用x光光源与产生的荧光能点越相近，其泵浦效率越高，所以往往示踪元素相对于泵浦x光而言并非光性薄的材料，其样品自吸收效应较强。这会导致传统的单个泵浦源方式获得的荧光图像存在显著的强弱分布，这对于复杂流体运动的实验诊断影响较大。因此，本申请利用多个泵浦源，从多个角度均匀泵浦待测样品，降低样品自吸收的影响，从而提高荧光图像质量。

本申请利用强激光(功率密度2×10¹⁵w/cm²)打击金属钒材料，产生能点在5.2kev的类he线作为泵浦源。利用该源泵浦待测量ch样品(其中样品掺杂一定份额的tio2)，使得样品中的钛ti原子发射4.511kev的荧光信号。在记录系统上利用si-ti滤片对分光，将收集到的x光能点限制在4.494kev至4.966kev的超窄能段之间，实现准单能成像，能够回避强激光打靶过程中产生的强干扰本底信号。

第二实施例

请参见图4，图4示出了本申请实施例提供的荧光成像装置结构示意图。本申请还提供了一种荧光成像装置101，荧光成像装置101包括：激光装置100、多个泵浦材料片200、掺杂荧光元素的样品300和成像记录设备400；多个泵浦材料片200围绕掺杂荧光元素的样品300设置，掺杂荧光元素的样品300设置于与多个泵浦材料片200相对应的中心位置，成像记录设备400设置于可接收从掺杂荧光元素的样品300射出荧光信号的位置。

其中，需要说明地是，荧光成像装置101包括：激光装置100、多个泵浦材料片200、掺杂荧光元素的样品300和成像记录设备400；多个泵浦材料片200围绕掺杂荧光元素的样品300设置，掺杂荧光元素的样品300设置于与多个泵浦材料片200相对应的中心位置，成像记录设备400设置于可接收从掺杂荧光元素的样品300射出荧光信号的位置。

可选地，在本申请实施例中，成像记录设备400包括至少一个成像记录介质410，至少一个成像记录介质410设置于可接收从掺杂荧光元素的样品300射出荧光信号的位置。

其中，需要说明地是，成像记录设备400包括至少一个成像记录介质410，至少一个成像记录介质410设置于可接收从掺杂荧光元素的样品300射出荧光信号的位置。

可选地，在本申请实施例中，还包括精密电控装置500；掺杂荧光元素的样品300设置于精密电控装置500上，精密电控装置500用于移动掺杂荧光元素的样品300。

其中，需要说明地是，还包括精密电控装置500；掺杂荧光元素的样品300设置于精密电控装置500上，精密电控装置500用于移动掺杂荧光元素的样品300。

可选地，在本申请实施例中，多个泵浦材料片200的材料包括金属钒。

其中，需要说明地是，多个泵浦材料片200的材料包括金属钒。

可选地，在本申请实施例中，成像记录设备400包括x光针孔相机。

其中，需要说明地是，在准备掺杂荧光元素的样品、多个泵浦材料片和准备成像记录设备时，成像记录设备400一般是x光针孔相机。

本申请提供一种荧光成像方法及装置，通过将激光装置产生的多束激光打击在多个泵浦材料片上产生多个泵浦x光，所述多个泵浦x光均匀辐照掺杂荧光元素的样品产生荧光信号，从而获得荧光图像，其中，所述多束激光中的每一束激光和所述多个泵浦材料片中的每一个泵浦材料片一一对应，所述掺杂荧光元素的样品设置于与所述多个泵浦材料片相对应的中心位置。通过多个泵浦x光辐照掺杂荧光元素的样品产生荧光信号，导致荧光信号在样品处重叠以加强荧光信号的强度，这种方式从而有效地解决了现有技术中基于大型强激光装置的荧光成像技术中荧光信号强度弱的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。