[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

本發明公開了一種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，該方法包括：步驟1a，重建獲得帶偽影的SIM超分辨圖像；步驟2a，將SIM超分辨圖像和原始熒光圖像分割成若干第一SIM超分辨子圖像和原始熒光子圖像；步驟3a，通過三維折射率分布，找出含有熒光信號的各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原始熒光子圖像的中心及該中心的相鄰區域設置點光源；步驟4a，計算點光源從原始熒光子圖像對應的成像焦平面傳播到樣本表面的光場分布；步驟5a，更新光學傳遞函數；步驟6a，重建獲得原始熒光子圖像的第二SIM超分辨子圖像。本發明能夠對超分辨率顯微鏡重建圖像的各處像差和人造偽影進行自適應校正。

技術領域

本發明涉及超分辨顯微成像技術領域，特別是關于一種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。

背景技術

SIM(structured illumination microscopy，結構光照明顯微鏡)通過采用多個方向和多個相位的正弦照明模式進行頻譜調制的方式來突破光學衍射極限，以達到超分辨率(super-resolution)成像的目的。同時，SIM相比受激輻射損耗顯微鏡STED、單分子定位顯微鏡PALM/STROM等其它超分辨技術，具有對樣本特異性需求小，光子數少，光毒性小和成像速度快等優點，成為了活細胞研究中應用最為廣泛的超分辨技術之一。然而，SIM雖有諸多優勢，卻容易受到重建偽影的影響：參數估計不準確，圖像信噪比低，光學傳遞函數誤差大，離焦面背景熒光不可忽略等都會給重建SIM超分辨圖像帶來困難。對于厚度大的樣本而言，因為細胞器分布不均勻，所以樣本內部折射率分布差異非常顯著。這些結構差異將導致SIM照明激光和受激熒光發生散射，進而給顯微鏡帶來成像像差，這也是限制SIM成像深度的最重要因素，因此目前的SIM還是局限在薄樣本或者細胞淺層區域的范圍之內成像。

如果能夠解決SIM厚樣本深層超分辨重建圖像的偽影問題，將極大擴展SIM的使用范圍，助力更多的細胞生物學的實驗研究進展。在傳統的SIM超分辨圖像重建算法中，重建使用的光學傳遞函數(optical transfer function，OTF)基本來源于理想物理模型構造的OTF或者使用熒光微珠拍攝得到的OTF，對于實際生物樣本來說，都是過于理想化且不匹配的OTF。在以往的解決超分辨圖像偽影的方法中，有直接通過在圖像重建算法模型中加入正則項進而約束過程的方法，也有利用自適應光學手段，通過在光路中增加波前傳感器來探測像差，再使用變形鏡校正波前像差，或者直接使用無波前傳感的方法來校正光路中像差的方法。然而，在重建模型加入正則項的方法，其要求顯微鏡采集到的SIM模態的原始熒光圖像和重建使用的參數，如OTF是無差別的，而這顯然對厚樣本而言，是難以達到的。而利用自適應光學校正的方法，僅能校正全局像差，無法校正局部像差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種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，其能夠對超分辨率顯微鏡重建圖像的各處像差和人造偽影進行自適應校正。

為實現上述目的，本發明提供一種超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法，所述超分辨率顯微鏡圖像的自適應校正方法包括：

利用通過樣本的ODT(optical diffraction tomography，光學衍射層析成像)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；