[發(fā)明專(zhuān)利]一種寬視場(chǎng)多尺度高分辨率顯微成像系統(tǒng)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710114297.8
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106707482A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭臻榮;陶驍;申俊飛;常勝倩;劉思奇;孫鵬;謝婷;張思曼;李華燁;張文濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B21/02
• 分類(lèi)號(hào): G02B21/02;G02B21/36
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)顯微技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種寬視場(chǎng)多尺度高分辨的顯微成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谏窠?jīng)病理、遺傳基因以及神經(jīng)科學(xué)研究方面的研究上不斷追求越來(lái)大的觀測(cè)范圍和越來(lái)越高的分辨能力。

在常規(guī)的成像儀器設(shè)計(jì)中，主要集中分析物面和像面是平面的情形，通常是采用從像點(diǎn)到物點(diǎn)的順序獨(dú)立模式，僅僅考慮的是像點(diǎn)對(duì)物點(diǎn)的映射設(shè)計(jì)。在計(jì)算光場(chǎng)設(shè)計(jì)中，綜合光學(xué)系統(tǒng)、光電系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)之間的成像關(guān)系，通過(guò)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整聯(lián)合優(yōu)化系統(tǒng)性能。基于計(jì)算攝像學(xué)理論，一個(gè)好的光電成像儀器的設(shè)計(jì)并不僅僅是將高質(zhì)量的透鏡和大面陣探測(cè)器組合起來(lái)，還需要把照明系統(tǒng)、透鏡系統(tǒng)、光電探測(cè)器和信號(hào)處理算法等綜合優(yōu)化，這種非常規(guī)的光學(xué)成像儀器具有優(yōu)異的性能指標(biāo)，光電成像儀器中用于圖像捕獲的物理系統(tǒng)和圖像處理的計(jì)算系統(tǒng)之間的關(guān)系應(yīng)該被重新定義。

現(xiàn)在生命研究的趨勢(shì)是在活細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)小尺度的細(xì)節(jié)的觀察，機(jī)體應(yīng)從亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織、器官到系統(tǒng)，構(gòu)成多尺度的特征。基于計(jì)算光學(xué)原理獲得的光學(xué)成像儀器不僅需要其能夠?qū)蝹€(gè)細(xì)胞自身的生物學(xué)特性進(jìn)行精確觀測(cè)，而且在機(jī)體完整的微環(huán)境狀態(tài)下具備對(duì)病理生理過(guò)程和相互影響的評(píng)估能力，可望揭示生理和病理狀態(tài)下的重要生命現(xiàn)象的規(guī)律，這給觀測(cè)光學(xué)儀器的研制提出了苛刻的要求和挑戰(zhàn)。

因此，需要找到一種成像方法，能夠處理用于圖像捕獲的物理系統(tǒng)和圖像處理的計(jì)算系統(tǒng)之間的關(guān)系。將常規(guī)成像和計(jì)算成像有機(jī)結(jié)合，利用計(jì)算攝像技術(shù)來(lái)補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)中的多種缺陷，最終突破成像儀器突破常規(guī)成像中的物理極限，獲得常規(guī)成像方法無(wú)法達(dá)到的性能和功能。

綜上，現(xiàn)在急需一種新的顯微成像方法來(lái)在保證寬視場(chǎng)范圍同時(shí)實(shí)現(xiàn)從細(xì)胞、組織到器官的宏微觀結(jié)合的多尺度高分辨率觀測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種寬視場(chǎng)多尺度高分辨率顯微成像系統(tǒng)及方法，通過(guò)對(duì)物鏡的設(shè)計(jì)和成像方法的改進(jìn)，突破現(xiàn)有生物顯微系統(tǒng)無(wú)法在大視場(chǎng)下進(jìn)行高分辨率觀測(cè)的困境，實(shí)現(xiàn)兼?zhèn)浯蟪叨群暧^與高分辨微觀的跨尺度觀測(cè)。

一種寬視場(chǎng)多尺度高分辨率顯微成像系統(tǒng)，包括光源、樣本、顯微成像物鏡、采集系統(tǒng)和工作站；

所述的顯微成像物鏡，用于對(duì)光源發(fā)出的光束照射樣品后成像得到寬視場(chǎng)曲形像面；

所述的采集系統(tǒng)，包括用于分視場(chǎng)采集曲形像面的采集鏡陣列和用于二次成像的相機(jī)陣列；

所述的工作站，對(duì)采集得到的成像重疊視場(chǎng)分析并通過(guò)視場(chǎng)拼接得到最終的寬視場(chǎng)高分辨率圖像。

所述的顯微成像物鏡和采集系統(tǒng)之間設(shè)有分光鏡組和反射鏡組，所述分光鏡組由半反半透的分光鏡和二向色鏡組成，所述的反射鏡組為平面反射鏡。

所述的半反半透的分光鏡和二向色鏡與光軸的夾角均為45°，二者可通過(guò)機(jī)械導(dǎo)軌裝置進(jìn)行移動(dòng)。

所述的采集鏡陣列和相機(jī)陣列為與曲形像面一致的曲面型陣列。

所述的采集鏡陣列包括中繼透鏡陣列和像感器透鏡組陣列，所述的中繼透鏡陣列沿著顯微成像物鏡所成的曲形像面放置，所述的像感器透鏡組陣列對(duì)顯微成像物鏡所稱(chēng)的曲形像面進(jìn)行分視場(chǎng)采集。

所述的相機(jī)陣列用于對(duì)分視場(chǎng)采集后的光線(xiàn)進(jìn)行二次成像。

本發(fā)明還提供一種寬視場(chǎng)高分辨率顯微成像方法，包括以下步驟：

1)光源為在樣本移動(dòng)臺(tái)上的樣本提供照明；

2)光經(jīng)過(guò)顯微成像物鏡一次成像，形成曲形像面；

3)通過(guò)采集系統(tǒng)對(duì)中間的曲形像面進(jìn)行分視場(chǎng)采集，完成二次成像；

4)將相機(jī)獲取的樣本圖像信息傳給工作站進(jìn)行圖像存儲(chǔ)和拼接處理，最終得到寬視場(chǎng)高分辨顯微圖像，提供從亞細(xì)胞、組織到器官的多尺度觀測(cè)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述的二次成像，是指顯微成像物鏡形成的曲形像面進(jìn)行分視場(chǎng)采集后利用相機(jī)再次成像。

優(yōu)選的，所述的采集系統(tǒng)包括用于分視場(chǎng)采集曲形像面的采集鏡陣列和用于二次成像的相機(jī)陣列。

優(yōu)選的，所述的采集鏡陣列和相機(jī)陣列為與曲形像面一致的曲面型陣列。