[發明專利]一種基于最優照明模式設計下的差分相襯定量相位顯微成像方法

有效

• 申請號: 201811434077.4
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109375358B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 陳錢;丁君義;左超;范瑤;孫佳嵩;盧林芃;張翔宇;張祖鑫;潘向鵬
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發明公開了一種基于最優照明模式設計下的差分相襯定量相位顯微成像方法，首先推導出差分相襯定量相位成像中各向同性相位傳遞函數所對應的最優照明圖案，確定其為照明數值孔徑NA_ill與系統用物鏡數值孔徑NA_obj相等的半環形照明圖案；其照明強度分布以方向軸為起點，隨照明角度余弦變化；在極坐標下強度分布可以表示為S(θ)＝cos(θ)；本發明有效彌補相位傳遞的頻率損失，不僅最高頻率的傳遞表現得到增強，同時低頻相位信息的傳遞性也得到明顯提升，保證了相位結果的正確性和高分辨率；同時該最優照明方案將照明軸數量減到最少的2個，大大減少了差分相襯定量相位成像所需采集圖像的數量，提高了成像速度，使其獲得實時動態、高正確率、高分辨率的相位成像結果。

技術領域

本發明屬于光學顯微成像、測量技術，特別是一種基于最優照明模式設計下的差分相襯定量相位顯微成像方法。

背景技術

由于生物細胞的透明特性，對生物細胞進行無標記研究一直是顯微成像方法的熱點。定量相位顯成像技術作為目前種類最多、應用最廣的無標記成像方法逐漸成為細胞研究的主要手段。在定量相位成像技術中，按成像原理可以主要分為兩類，即基于相干成像和基于非相干成像的定量相位成像方法。得益于不同的成像原理，這兩種方法往往在成像分辨率、成像通量、成像速度等方面具有不同的成像表現。在這些成像方法中，以差分相襯(Differential Phase Contrast)定量相位成像為代表的非相干定量相位成像方法僅需幾幅原始圖像即可完成相位的定量恢復，同時可帶來兩倍于物鏡衍射極限的橫向分辨率，使得成像結果具有很高的正確性和穩定性。這些優勢使得差分相襯定量相位成像在細胞成像方面有著極為重要的應用價值。

傳統差分相襯定量相位成像通過在成像系統中引入相移量，將不可見的樣品相位轉換為可以測量的強度信息。近年來，可編程LED陣列、LCD顯示屏等新型光源被引入顯微成像系統，使得照明方式的靈活可調，新的采用不對稱照明的差分相襯成像方式被提出，例如，田磊等在2015年提出了差分相襯成像定量相位成像技術，成功利用差分相襯成像技術實現了樣品定量相位的求解(Tian L,Waller L.Quantitative differential phasecontrast imaging in an LED array microscope.Optics express,2015,23(9):11394-11403.)。在基于LED的差分相襯成像方法中，通常采用兩軸的不對稱半圓型照明圖案采集4幅圖像，由此計算得到兩個軸方向上的差分相襯圖像進行相位的求解。由于LED控制的便利性，這樣的成像方式使得差分相襯成像在活細胞成像上的優勢凸顯。但是，半圓型的成像模型得到的相位傳遞函數存在一定限制，它在最高頻率2NA_obj/λ處表現出很弱的傳遞特性，這導致差分相襯成像的理想最高分辨率難以實現，同時在低頻部分，相位傳遞函數的傳遞性非常差，往往只能得到對比度非常低的相位結果。為改善差分相襯成像低頻相位的傳遞特性，新的半環型照明下的成像模型被提出(專利申請號：201710660630.5)，但這類照明強度分布均勻的半環型照明對應的系統相位傳遞函數分布不均勻，在兩軸照明的情況下由于部分頻率的缺失給相位結果引入了許多的偽影和誤差。