[發(fā)明專利]基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108227233B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 戴瓊海;邊麗蘅;陳峰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58;G02B21/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發(fā)明公開了一種基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法及系統(tǒng)，其中，方法包括：對光照端的入射光進行空間調(diào)制，以生成光片從側面照明樣本；將光照端的光片調(diào)制成多個不同頻率且不同方向的樣式圖案，并相應地在探測端拍攝多張圖像；根據(jù)多張圖像通過結構光超分辨率方法提高圖像分辨率，以得到超分辨率顯微層析成像圖像。該方法可以有效提高成像分辨率，消除背景噪聲。

技術領域

本發(fā)明涉及物理光學、計算攝像學、生命科學技術領域，特別涉及一種基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法及系統(tǒng)。

背景技術

光學顯微鏡是一種光學儀器，主要用于放大微小物體(納米-微米級別)，從而使人們能夠觀測到用肉眼無法看到的微觀結構(如細胞、病毒等)。目前，光學顯微鏡已經(jīng)成為生命科學領域不可或缺的儀器設備。光學顯微鏡包括多種類型，用于各類不同的研究目的，常見的有普通光學顯微鏡與熒光顯微鏡。其中，熒光顯微鏡利用免疫熒光技術，使用熒光素標記技術來標定目標。當一定波長的入射光照射在樣本上時，這些熒光素會由于原子的能級躍遷從而發(fā)出熒光，從而使得肉眼不可見的樣本變?yōu)榭梢姟＝柚诨瘜W材料領域的高速發(fā)展，現(xiàn)在幾乎所有的可見光譜段都有對應的各種熒光標記物可供選擇。因此，熒光顯微鏡已經(jīng)成為生物學家重要的成像工具，實現(xiàn)了在生命科學領域的廣泛應用。

光片顯微技術是一種三維層析熒光顯微成像方法。技術上，光片顯微技術通過對光照端的入射光進行空間調(diào)制，實現(xiàn)一薄層光片從側面照明樣品，因此僅激發(fā)樣品深度的一個薄層。該薄層受激發(fā)后發(fā)射的熒光沿著垂直于照明平面的光軸在樣品的上方或下方采集。通過這樣的照明方法，照明平面的上部和下部的熒光分子都不會被激發(fā)產(chǎn)生熒光。最后通過掃描不同深度的圖像，實現(xiàn)顯微三維深度層析成像。該技術采用寬場照明，因此具有較高的成像時間分辨率；采用光片照明，具有較高的深度分辨率，同時對生物樣本具有極小的光損傷和光漂白。因此光片顯微被廣泛應用于生命科學領域觀測三維樣本，實現(xiàn)顯微層析成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法，可以有效提高層析成像分辨率，消除背景噪聲。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像系統(tǒng)。

為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法，包括以下步驟：對光照端的入射光進行空間調(diào)制，以生成光片從側面照明樣本；將所述光照端的光片調(diào)制成多個不同頻率且不同方向的樣式圖案，并相應地在探測端拍攝多張圖像；根據(jù)所述多張圖像通過結構光超分辨率方法提高圖像分辨率，以得到超分辨率顯微層析成像圖像。

本發(fā)明實施例的基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法，通過將光片顯微層析成像技術與結構光超分辨率技術相結合，利用光片顯微技術在光照端對介質(zhì)散射的魯棒性，結合結構光超分辨率技術，提高傳統(tǒng)顯微三維層析成像的分辨率，有效提高圖像分辨率，實現(xiàn)超分辨率顯微層析成像。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于光片結構光的顯微層析超分辨率成像方法還可以具有以下附加的技術特征：

進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述對光照端的入射光進行空間調(diào)制，進一步包括：利用柱透鏡、貝塞爾(Bessel)光線調(diào)制或者柵格(lattice)光線調(diào)制方法，將所述入射光調(diào)制成所述光片，以從側面照明所述樣本的某一深度層。

進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，通過改變掃描函數(shù)、DMD調(diào)制、聲光可調(diào)諧濾波器調(diào)制或者旋轉樣本，將所述光片調(diào)成成不同圖案。

進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，通過頻域拼接算法、交替投影算法等重構所述樣本圖像。