[發明專利]基于DMD的單幀曝光快速三維熒光成像系統及方法

有效

• 申請號: 202010434454.5
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111650739B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 陳沖;李輝;金鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G02B21/36
• 分類號: G02B21/36;G02B21/00;G01N21/64
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐;馬魯晉

本發明公開了一種基于DMD的單幀曝光快速三維熒光成像系統及方法，系統包括DMD雙側照明模塊，用于產生兩束不同波長的光并分別從不同的方向入射至DMD，生成互補的條紋光；雙色熒光激發模塊，用于接收互補的條紋光，激發樣品上的雙色熒光，生成攜帶雙色熒光的條紋光；雙色分畫幅成像模塊，用于將不同波長的攜帶雙色熒光的條紋光成像至相機靶面的不同位置，形成雙色圖像；重構模塊，用于實現去除離焦信息。本發明通過單次曝光、單次采集即可以實現結構光照明三維層切成像；此外，采用DMD投影，提高投影速度和投影條紋的精度，進而提高了三維成像的速度和精度。

技術領域

本發明屬于熒光成像領域，特別是一種基于DMD的單幀曝光快速三維熒光成像系統及方法。

背景技術

對活體生物樣品的三維熒光成像是生物學研究中常用的重要的手段。現發明了一系列的三維熒光成像的方法，包括共聚焦熒光顯微鏡、雙光子顯微鏡、光片顯微鏡和結構照明顯微鏡等。共聚焦顯微鏡和雙光子顯微鏡都是點掃描顯微鏡，成像速度慢不適合活體成像。光片顯微鏡的樣品夾持復雜，普通實驗室不易獲得。結構光照明熒光顯微鏡是一種寬場成像，成像速度快，而且容易在傳統熒光顯微鏡上改造。

現有結構光照明顯微鏡實現三維熒光成像的方法有：論文“Method of obtainingoptical sectioning by using structured light in a conventional microscope”提出使用結構光照明樣品去除離焦信息的方法，采集三張不同相位的樣品結構條紋圖像，使用零差檢測的方法，重構出一張去除離焦信息的層切圖像，層切效果可以和共聚焦顯微鏡相當。論文“Optically sectioned fluorescence endomicroscopy with hybrid-illumination imaging through a flexible fiber bundle”提出的方法是采集兩張圖像，一張均勻照明的寬場圖像(uniform illumination image)和一張結構照明的圖像(structured illumination image)。結構照明可以是散斑(論文“Optically sectionedin vivo imaging with speckle illumination HiLo microscopy”)或條紋(論文“Optically sectioned fluorescence endomicroscopy with hybrid-illuminationimaging through a flexible fiber bundle”)，該方法通過融合在焦的、互補的高頻I_hp(x,y)和低頻I_lp(x,y)信息獲得去離焦信息的層切圖像；因為高頻信息中包含的基本都是在焦信息，所以直接從寬場圖像中通過高通濾波提取高頻信息；由于離焦信號總是具有低頻的和低的局部對比度，利用局部對比度信息可以將其從寬場圖像的低頻分量中分離出來。

由上可以看出，現在的結構光照明顯微鏡技術至少要采集兩張圖像才可以重構出一張層切的圖像，而且在進行三維體成像時需要一層一層的分別成像，所以需要采集大量的圖像，以至于三維成像速度很慢。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的問題，提高三維成像的速度，提供一種基于DMD的單幀曝光快速三維熒光成像系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：基于DMD的單幀曝光快速三維熒光成像系統，所述系統包括DMD雙側照明模塊、雙色熒光激發模塊、雙色分畫幅成像模塊以及重構模塊；

所述DMD雙側照明模塊，用于產生兩束不同波長的光并分別從不同的方向入射至DMD，生成互補的條紋光；

所述雙色熒光激發模塊，用于接收所述互補的條紋光，激發樣品上的雙色熒光，生成攜帶雙色熒光的條紋光；

所述雙色分畫幅成像模塊，用于將不同波長的攜帶雙色熒光的條紋光成像至相機靶面的不同位置，形成雙色圖像；

所述重構模塊，用于實現去除離焦信息。