[發明專利]具有選擇性體積照射和光場檢測的優化容積成像

有效

• 申請號: 201780025414.1
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN109074674B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: T.V.張;S.馬達恩;D.B.霍蘭德;S.E.弗雷澤
• 申請（專利權）人: 南加州大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G03H1/00;G03H1/22;H04N13/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王珊珊

一方面，涉及利用使用光場檢測的選擇性體積照射(SVI)優化容積成像的系統和技術包括：光源，被配置為發射照射光，該照射光經由照射光路傳播以照射三維(3D)樣本；以及光學系統，相對于光源被布置以接收來自被照射的3D樣本的光場，其中該光場經由檢測光路傳播；其中光源、光學系統或這兩者可配置為基于將要被照射的3D樣本和將要應用的光場檢測(LFD)處理來選擇3D樣本的3D受限照射的體積。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年2月26日提交的題為“OPTIMIZED VOLUMETRIC IMAGING WITHSELECTIVE VOLUME ILLUMINAYION AND LIGHT FIELD DETECTION”的美國專利申請第62/300,469號在35U.S.C.§119(e)下的權益，通過引用將其整體并入本文。

背景技術

本說明書涉及使用利用諸如顯微鏡平臺的生物分子成像系統使用光場檢測來優化容積成像(volumetric imaging)。

各種生物處理可以依賴于在跨組織規模三維(3D)空間的細胞之間的緊密的空間-時間協調。因此，存在對于可以以細胞分辨率成像、提供3D分割、并且以足夠快的速度以如實地捕獲動態處理的容積成像工具的需求。在一些情況下，利用掃描方法來滿足對生物容積成像的需求：一次一個點、線或平面收集光學信號，然后分別在3D、2D或1D中掃描激勵區域，以覆蓋樣本的整個3D感興趣區域。由于掃描處理的順序性，數據獲取速度可能會很慢。而且，由于順序掃描，3D樣本的不同部分的信息在不同時間被收集，因此動態信息可能會丟失或失真。因此，存在對同步的容積實況成像模態的需要，其中單個快照可以捕獲組織規模的軸向延伸體積上的空間信息，同時維持單個或幾個細胞的分辨率。

可以提供同步容積成像能力的現有成像模態是光場顯微法(LFM)。然而，LFM技術使用寬場(wide-field)照射，實質上照亮了整個樣本，即使在重建中只有樣本的一部分被有意義地捕獲。因此，寬場照射引入了外來背景和噪聲，潛在地降低了最終重建的圖像的對比度和準確度。

發明內容

本說明書涉及通過在諸如顯微法平臺的生物醫學成像系統中所利用的光場檢測使用選擇性體積照射(SVI)來優化容積成像的系統和技術。

一般來說，本說明書中描述的主題的一個或多個方面可以體現在一個或多個系統中，該一個或多個系統包括：光源，被配置為發射照射光，該照射光經由照射光路傳播以照射三維(3D)樣本；以及光學系統，相對于光源被布置以接收來自被照射的3D樣本的光場，其中該光場經由檢測光路傳播；其中光源、光學系統或兩者可配置為基于將要被照射的3D樣本和將要被應用的光場檢測(LFD)處理來選擇3D樣本的3D受限(confined)照射的體積。

可以實施本說明書中描述的主題的特定實施例以實現以下優點中的一個或多個。所描述的系統和技術可以實現與提供SVI相關聯的優點，其中僅照射3D樣本的相關部分，從而顯著降低背景信號并為光場圖像重建提供更高的對比度和準確度。所公開的技術實施掃描的光學體積SVI，該掃描的光學體積SVI在定義SVI時提供了低至微米級的精度。靜態光學體積SVI降低了在成像期間對生物樣本的光致損傷的可能性。

所公開的技術和系統在傳統的顯微法平臺的結構內使用相同的配置、利用相同的研究下的樣本，實施選擇性體積照射光場檢測(SVI-LFD)成像能力，以除了光場重建的容積圖像之外還記錄高分辨率的、光學分割的(optically-sectioned)3D圖像(使用傳統顯微法模式)。SVI方法可以提高在光場成像中使用的計算重建的速度和準確度。SVI技術利用更小、更受約束的激勵體積，允許更快、更少噪聲和更強健的計算重建。實施多視圖光場檢測(LFD)成像技術，該技術通過組合從多個方向對樣本成像而捕獲的圖像數據來實現最終的容積圖像的增強的分辨率。

本說明書中描述的主題的一個或多個實施例的細節在附圖和下面的描述中闡述。本發明的其它特征、方面和優點將從說明書、附圖和權利要求中變得顯而易見。