[發明專利]曲面顯微成像系統及其成像方法

有效

• 申請號: 202111190828.4
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN113640294B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 戴瓊海;謝浩;韓曉霏;莊超瑋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G02B21/36;A61B5/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王燕

本申請涉及光學元件技術領域，特別涉及一種曲面顯微成像系統及其成像方法，成像系統包括：變焦組件用于將顯微成像焦面調整至對應焦面；時空照明調制組件用于在變焦組件的掃描周期內，照亮聚焦位置對應的成像區域；探測光調制組件用于探測成像區域，采集所有平面的聚焦面信號；信號同步組件用于確定變焦組件、時空照明調制組件及探測光調制組件之間的時序關系，并同步采集時序；采集與圖像處理組件，用于在采集時序結束后，基于目標的三維形狀分布，結合所有平面的聚焦面信號得到曲面圖像。由此，通過采用時分復用、快速變焦和空間光調制實現高速度的曲面建模及成像，保證一定分辨率下曲面信號的高速獲取，適用于活體深層組織時間序列成像。

技術領域

本申請涉及光學元件技術領域，特別涉及一種曲面顯微成像系統及其成像方法。

背景技術

顯微成像系統是連接宏觀和微觀世界的橋梁，常規顯微成像系統將一個平面的樣本面映射到一個平面探測器上，要求探測的樣本面具有嚴格的平面切面。自然界中絕大多數樣本具有復雜的曲面形狀，為了在顯微鏡下觀測，需要對樣本進行切片；但對于活體樣本而言，切片可能對樣本造成嚴重損害。

相關技術中，對曲面形狀進行觀測通常需要進行三維成像，主要包括以下幾種實現方式：基于軸向掃描的層析技術、多平面探測技術和光場探測技術。其中，軸向掃描技術通常使用壓電位移臺、電動調焦透鏡等元件實現多個軸向位置的采集來獲得三維信息；多平面探測技術通過相位調制等手段實現多個平面的同時成像，并保持成像的時空分辨率；光場探測技術通過單張圖像重建三維圖像，可以保持時間分辨率。

然而，軸向掃描的層析技術觀測的時間分辨率受到軸向掃描速度和相機成像速度的限制；多平面探測技術受到相機靶面大小的限制，觀測視場會平面數量的增多而減小；光場探測技術空間分辨率較差，且需要較長的時間實現三維圖像的重建，亟待解決。

發明內容

本申請提供一種曲面顯微成像系統及其成像方法，以通過采用時分復用、快速變焦和空間光調制實現高速度的曲面建模及成像，解決了相關技術中軸向掃描的層析技術受到軸向掃描速度和相機成像速度的限制，多平面探測技術受到相機靶面大小的限制，光場探測技術空間分辨率較差，且需要較長的時間的問題，保證一定分辨率下曲面信號的高速獲取，適用于活體深層組織時間序列成像。

本申請第一方面實施例提供一種曲面顯微成像系統，包括：

變焦組件，用于將顯微成像焦面調整至對應焦面；

時空照明調制組件，用于在所述變焦組件的掃描周期內，照亮聚焦位置對應的成像區域；

探測光調制組件，用于探測所述成像區域，采集所有平面的聚焦面信號；

信號同步組件，用于確定所述變焦組件、所述時空照明調制組件及所述探測光調制組件之間的時序關系，并同步采集時序；以及

采集與圖像處理組件，用于在所述采集時序結束后，基于目標的三維形狀分布，結合所述所有平面的聚焦面信號得到曲面圖像。

可選地，所述變焦組件包括：

變焦元件，用于改變顯微成像焦面，直至采集完所有平面的焦面的聚焦面信號；

轉盤，用于將所述變焦元件的位置切換至對應焦面的位置；

第一同步設備，用于接收所述信號同步組件的時序信號，并發送所述轉盤的位置編碼信號至所述采集與圖像處理組件。

可選地，所述時空照明調制組件包括：

光源；

時空光場調制設備，用于不同時間給光場對應的照亮強度和相位調制；

透鏡，用于把所述目標的發射光映射到所述探測光調制組件及相機平面；