[發明專利]一種同時多層成像的光片照明顯微成像方法及系統

有效

• 申請號: 201910364615.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110109239B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 付玲;焦振飛;劉謙;龔輝;駱清銘
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B21/06
• 分類號: G02B21/06;G02B21/16;G06T17/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開一種同時多層成像的光片照明顯微成像系統，包括：將激光光源輸出的光擴束后，照射到一個強度調制器件整形產生多個不同Z軸位置的平行片狀光束。利用光路中繼系統，將該光束投射到樣本腔中，同時激發樣本不同層面的熒光信號。利用成像物鏡和樣本之間介質的折射率差異，拉長成像物鏡的點擴散函數，從而可以同時收集到來自不同層的熒光信號。利用3D圖像重構算法對得到的不同層熒光信號的投影圖進行三維重建，最終還原樣本的真實三維結構。本發明通過同時多層照明和成像樣本不同深度的信號，避免了系統中的機械掃描，并利用后期的圖像3D重構算法，以期獲得三維成像中時間分辨率數量尺度的提升。

技術領域

本發明涉及顯微成像技術領域，更具體地，涉及一種同時多層成像的光片照明顯微成像方法及系統。

背景技術

光片照明顯微鏡利用一束側向照明的片狀光束激活樣本的預設深度，具有微米量級的層析能力。垂直至于光片方向，采用寬場成像方式，為快速獲取樣本三維空間信息提供了幫助。由于光片照明顯微鏡每次只會激活待成像層，因此相比于傳統的點掃描成像方式，具有更小的光漂白和光毒性，適合長時間的活體生物樣本成像。

但是傳統的光片照明顯微鏡每次只產生單個光片，利用機械掃描的方式，同步軸向掃描照明光片和成像物鏡以實現3D成像。這樣的成像方式，一方面引入機械式掃描會限制成像速度，另一方面每次只成像樣本的單個平面，通過后期軸向堆疊實現三維成像，極大的限制了三維成像的速度。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決傳統光片照明顯微鏡三維成像速度慢的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供一種同時多層成像的光片照明顯微成像方法，包括以下步驟：

產生照射到樣本不同深度的多層片狀照明光束，以激發樣本不同深度的熒光；

通過在成像物鏡和樣本之間引入折射率不匹配的介質，以拉長所述成像物鏡在沿樣本深度方向的成像點擴散函數，使得所述成像物鏡可以收集樣本不同深度的熒光信號；所述介質和成像物鏡均位于樣本上方，所述介質位于成像物鏡和樣本之間，所述介質的折射率和介質與成像物鏡之間空氣的折射率不匹配；

基于拉長后的成像點擴散函數、多層片狀照明光束的不同深度信息以及收集到的樣本不同深度的熒光信號進行三維重建，得到樣本的三維結構。

可選地，通過改變照射到樣本的多層片狀平行照明光束的深度，實現對樣本不同深度的三維成像。

可選地，所述介質的折射率相比介質和成像物鏡之間空氣的折射率高，所述介質為水、油或者玻璃。

可選地，利用三維的圖像反卷積算法和對應的不同深度成像點擴散函數對樣本不同深度的熒光信號進行重建，得到樣本的三維結構。

第二方面，本發明提供一種同時多層成像的光片照明顯微成像系統，包括：多層光束產生裝置、多層信號成像裝置、成像結果處理裝置；

所述多層光束產生裝置，用于產生照射到樣本不同深度的多層片狀照明光束，以激發樣本不同深度的熒光；

所述多層信號成像裝置，包括成像物鏡和介質，所述介質和成像物鏡均位于樣本上方，所述介質位于成像物鏡和樣本之間，所述介質的折射率和介質與成像物鏡之間空氣的折射率不匹配，所述多層信號成像裝置通過在成像物鏡和樣本之間引入折射率不匹配的介質，以拉長所述成像物鏡在沿樣本深度方向的成像點擴散函數，使得所述成像物鏡可以收集樣本不同深度的熒光信號；

所述成像結果處理裝置，用于基于拉長后的成像點擴散函數、多層片狀照明光束的不同深度信息以及收集到的樣本不同深度的熒光信號進行三維重建，得到樣本的三維結構。

可選地，所述多層光束產生裝置包括：照明模塊和光束整形模塊；

所述照明模塊，用于產生均勻的光斑；