[發明專利]一種基于光片成像的激發光軸向強度可調拼接方法

有效

• 申請號: 202111457352.6
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114153061B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 石天澤;柳鵬飛;李偉鋒;陳虹宇;李宏偉;趙蓉;朱天宇;李淵
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G01N21/64
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種基于光片成像的激發光軸向強度可調拼接方法，所述方法包括：將光源發出的光束整形濾波成預設參數的光束，利用光束加載不同焦距的菲涅爾透鏡相位進行相位調制；光束通過掃描振鏡形成光片，用于激發樣本產生熒光信號；通過相機收集分析激發光傳播過程中的光強變化，改變空間光調制器上加載的不同焦距的菲涅爾透鏡相位區域占比，實現激發光軸向強度調制，補償樣本深處由于吸收導致的光強衰減問題。本發明減少了光片在樣本傳播過程中的能量衰減，提高了樣本深處成像的空間分辨率，降低了圖像背景噪音，提高了對比度。

技術領域

本發明涉及生物醫學顯微成像技術領域，尤其涉及一種基于光片成像的激發光軸向強度可調拼接方法。

背景技術

光片熒光顯微成像技術(Light?Sheet?Fluorescence?Microscopy,LSFM)是目前兼顧分辨率與成像深度，最接近光學顯微鏡性能優化理想目標的新技術，該技術利用一定厚度的激光光片激發樣本內部的造影劑發光，然后在垂直于光片平面的方向收集熒光信號。得益于此，相較于傳統的顯微成像手段，光片成像具有高空間分辨能力、大視場及快速三維成像等優異特性，在腦科學、類器官等多個生命科學研究領域都有巨大的應用潛力。

在過去的十多年中，光片照明成像技術迎來快速發展時期，并不斷與其他先進的光學成像理念相結合。光片成像領域既需要薄光片保證成像的軸向分辨率，又需要長光片保證成像的視場，但是二者存在著矛盾。在眾多產生光片的方法中，柱透鏡產生的高斯光片是最簡單的，但是高斯型光束的截面半徑軌跡為雙曲線，瑞利長度很短，這就意味著其厚度保持相對薄的區域十分有限。此后，隨著掃描振鏡引入光片成像領域，越來越多的光片顯微系統通過f-theta透鏡將入射光束掃描生成激發光片，這種生成方式可以更容易地將無衍射光束諸如貝塞爾光束、艾里光束與光片成像結合起來，同時，利用動態掃描來生成光片的模式使得照明更加均勻。

盡管采用了掃描的無衍射光束可以優化光片的軸向分辨率與視場，但兩者間的矛盾依然存在。隨著激發光路的不斷優化，在激發端加裝可調透鏡系統沿著光束傳播方向移動高斯光束的焦點位置，形成拼接光片成為了可行的技術手段。目前，產生軸向拼接光片方法有使用可變透鏡系統軸向掃描光束焦點生成、多層分束器改變軸向焦點位置生成、空間光調制器相位調制使光束沿軸向聚焦于不同位置生成等。

盡管使用這些方法有效擴展了視場，但是在實際生物組織成像過程中，樣本大多是由水和脂肪等組成的高吸收介質，對光有強烈的吸收作用，這就造成了光片在樣本傳播過程中能量嚴重衰減，最終導致樣本深處成像的空間分辨率低，圖像背景噪音高，對比度差等問題，所以當前光片成像領域仍然面臨著激發光在吸收介質中的光強衰減得不到補償的問題。

另一方面，簡單地依靠提高激發光功率來補償介質的吸收會造成組織淺層額外的光損傷，不能將光強重新分配。

發明內容

本發明提供了一種基于光片成像的激發光軸向強度可調拼接方法，本發明解決了現有光片成像領域仍然面臨著激發光在吸收介質中的光強衰減得不到補償的問題，減少了光片在樣本傳播過程中的能量衰減，提高了樣本深處成像的空間分辨率，降低了圖像背景噪音，提高了對比度，詳見下文描述：

一種基于光片成像的激發光軸向強度可調拼接方法，所述方法包括：

將光源發出的光束整形濾波成預設參數的光束，利用光束加載不同焦距的菲涅爾透鏡相位進行相位調制；

光束通過掃描振鏡形成光片，用于激發樣本產生熒光信號；

通過相機收集分析激發光傳播過程中的光強變化，改變空間光調制器上加載的不同焦距的菲涅爾透鏡相位區域占比，實現激發光軸向強度調制，補償樣本深處由于吸收導致的光強衰減問題。

其中，所述預設參數的光束在進入空間光調制器之前生成，或在空間光調制器上調制生成，