[發明專利]超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法及SIM-ODT雙模態系統

有效

• 申請號: 202110386643.4
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113112405B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 莫燕權;陳良怡;毛珩;范駿超;豐帆;梁林濤;屠銳;杜珂;楊宏潤
• 申請（專利權）人: 廣州超視計生物科技有限公司
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G02B27/58
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 石輝;趙立軍

1.一種超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法，其特征在于，包括：

利用通過樣本的ODT模態的原始相位圖像獲得的三維折射率分布，從成像探測路徑對SIM超分辨圖像進行自適應校正的方法包括：

步驟1a，根據光學傳遞函數以及所述樣本的SIM模態的原始熒光圖像，重建獲得帶偽影的初始SIM超分辨圖像；

步驟2a，將所述初始SIM超分辨圖像按照第一種劃分方式分割成若干第一SIM超分辨子圖像，將所述原始熒光圖像按照所述第一種劃分方式分割成若干原始熒光子圖像，并且，相鄰所述子圖像的邊緣彼此重疊；

步驟3a，通過所述三維折射率分布，沿所述SIM模態的光軸z軸找出含有熒光信號的各所述原始熒光子圖像對應的成像焦平面及其對應的樣本層數，并在含有熒光信號的各所述原始熒光子圖像的中心及該中心的相鄰區域的選定點處設置點光源；

步驟4a，根據所述三維折射率分布，計算所述點光源從所述原始熒光子圖像對應的成像焦平面傳播到樣本表面的第一光場分布U^L1(ρ)，ρ＝(x，y)為與z垂直的二維空間坐標，L為所述樣本從所述原始熒光子圖像對應的成像焦平面到所述樣本外表面的總層數；

步驟5a，根據U^L1(ρ)，計算所述原始熒光子圖像對應的成像焦平面的第一相干傳遞函數并由更新第一光學傳遞函數H¹(ξ)，ξ為頻域中的二維坐標；

步驟6a，根據H¹(ξ)及相應的所述原始熒光子圖像，再次重建獲得所述原始熒光子圖像的第二SIM超分辨子圖像；

步驟7a，將步驟6a重建得到的第二SIM超分辨子圖像、以及未含有熒光信號的所述原始熒光子圖像所在區域對應的所述第一SIM超分辨子圖像，拼接成最終完整的SIM超分辨圖像。

2.如權利要求1所述的超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法，其特征在于，所述步驟5a中的通過如下兩種方法之一得到：

方法一，根據第二物鏡的焦距，將U^L1(ρ)利用菲涅爾衍射公式正向傳播到瞳面位置，獲得其中，所述第二物鏡用于接收經過樣本后的ODT模態激光、供SIM超分辨激光照明模塊所生成的激光通過后照射樣本、以及樣本產生的SIM模態的原始熒光；其中，所述第二物鏡用于接收經過所述樣本后的ODT模態激光、供所述SIM模態激光通過并照射所述樣本、以及所述樣本產生的SIM模態的原始熒光；

方法二，利用式(1)提供的重聚焦反向傳播計算U^L1(ρ)，獲得

式中，U_PSF(ρ)為U^L1(ρ)反向傳播回到成像焦平面的光場分布，即相干點擴散函數，ρ_L為所述樣本外表面任意處的坐標，z_L為成像焦平面到樣本外表面的物理距離，P(·)表征瞳函數，U^L(ρ_L)為樣本外表面的光場分布，j為虛數單位，k_m為所述SIM模態的照明激光的光場在環境中的波矢量，Ft{.}為傅里葉變換，λ₀為所述SIM模態的照明激光的波長。

3.如權利要求2所述的超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法，其特征在于，所述步驟4a中的U^L1(ρ)獲取方法具體包括：

步驟41a，將所述點光源設置為理想球面波；

步驟42a，根據所述三維折射率分布n(r)，利用式(3)計算散射勢f(r)；

式中，n_m為所述樣本所在環境的平均折射率，k_m為SIM模態的照明激光的光場在環境中的波矢量；

步驟43a，依據f(r)，計算U^L1(ρ)。