[發(fā)明專利]一種基于偏振解調(diào)的點掃描超分辨成像方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711025470.3
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107907513B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 匡翠方;劉少聰;胡涵;鄭程;陳友華;劉旭;李海峰;張克奇;毛磊
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/21
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于偏振解調(diào)的點掃描超分辨成像裝置，其特征在于，包括光源、承載待測樣品的樣品臺，所述光源與樣品臺之間依次設(shè)有：

用于將光源發(fā)出的光束改變?yōu)榫€偏振光的1/4波片和1/2波片，

用于將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢蚱窆獾钠褶D(zhuǎn)換器，

用于對相位進行調(diào)制最終將會聚光斑調(diào)制成多個線偏振光斑的空間光調(diào)制器，位相調(diào)制函數(shù)為：

其中為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角，對應(yīng)的是最終得到的線偏振光與x軸的夾角；

用于將激發(fā)光聚焦到樣品上的顯微物鏡；

并設(shè)有收集所述待測樣品發(fā)出的信號光的探測系統(tǒng)，以及控制所述空間光調(diào)制器內(nèi)位相調(diào)制函數(shù)的控制器。

2.如權(quán)利要求1所述的點掃描超分辨成像裝置，其特征在于，在所述空間光調(diào)制器與顯微物鏡間設(shè)有用于樣品掃描的二維掃描振鏡系統(tǒng)。

3.如權(quán)利要求1所述的點掃描超分辨成像裝置，其特征在于，所述的探測系統(tǒng)包括：

用于濾去背景噪聲、提高成像信噪比的窄帶濾波片；

用于探測信號光的光強信號的探測器；

用于將信號光束聚焦到探測器上的聚焦透鏡。

4.一種基于偏振解調(diào)的點掃描超分辨成像方法，其特征在于，包括步驟：

1)將激光光束調(diào)制為線偏振光；

2)線偏振光經(jīng)過偏振轉(zhuǎn)換器后被調(diào)制成為切向偏振光，切向偏振光再經(jīng)過空間光調(diào)制器進行位相調(diào)制；

步驟2)中位相調(diào)制采用的位相調(diào)制函數(shù)為：

其中為光束垂直光軸剖面內(nèi)位置極坐標(biāo)矢量與x軸的夾角，對應(yīng)的是最終得到的線偏振光與x軸的夾角；

3)通過調(diào)整相位得到偏振方向從0°到180°旋轉(zhuǎn)的多個線偏振光斑，在掃描過程中收集不同線偏振光激發(fā)下待測熒光樣品各掃描點發(fā)出的信號熒光；

4)根據(jù)掃描過程中收集的熒光信息，以及成像的偏振相位信息，通過估計偶極子的極化強度和極化方向來估計有效PSF，再經(jīng)過去卷積實現(xiàn)對樣品偏振信息進行解調(diào)并獲得超分辨成像結(jié)果。

5.如權(quán)利要求4所述的點掃描超分辨成像方法，其特征在于，在進行偏振調(diào)制時，探測器上的光強分布符合泊松分布，且隨偏振的改變呈周期性變化，可表示為：

其中，μ為到達探測器的光子數(shù)，r為探測器上位置，為激發(fā)光的偏振角度，r'為成像樣品的位置，I₀由于系統(tǒng)響應(yīng)不穩(wěn)定引入的與偏振相關(guān)的周期性校正因子，U為系統(tǒng)的點擴散函數(shù)，g₀(r_i)和α_i分別為位置為r_i的第i個輻射偶極子的極化強度和極化方向，b(r′)為短時間內(nèi)偏振不穩(wěn)定的背景噪聲，為隨入射光偏振方向改變的有效輻射光子率。

6.如權(quán)利要求4所述的點掃描超分辨成像方法，其特征在于，在步驟4)中，采用最大后驗概率估計作為極化強度的泊松統(tǒng)計模型，表達式為：

其中，為背景噪聲余弦變化后得到的函數(shù)，其與極化強度相對獨立但是有著相同的大小分布，μ為標(biāo)準(zhǔn)泊松分布函數(shù)，I為探測器探測到的光強，λ₁和λ₂為相應(yīng)的可優(yōu)化系數(shù)。

7.如權(quán)利要求6所述的點掃描超分辨成像方法，其特征在于，在步驟4)中，根據(jù)在偏振角度為的線偏振光照射下所激發(fā)出來的極化強度為

其中，M_j為可能到達像素i上的最大光子數(shù)，α_j為像素i的偶極子方向，因此根據(jù)已知的g，利用最小二乘曲線擬合能將計劃方向α_i提取出來；

根據(jù)估計出來的可以得到最終的超分辨圖形。