[發(fā)明專利]一種基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法

在審

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• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114965470A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 左超;周順;李加基;陳錢;孫佳嵩;白治東;周寧;盧林芃
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1，采集不同照角度下的軸向離焦強度堆棧；

步驟2：計算不同入射光照下的三維對數(shù)強度譜，并對每個對數(shù)強度譜進行三維半空間傅里葉濾波，獲得不同入射光照下包含復相位函數(shù)實部和虛部的三維散射場，在傅里葉空間合成所有單邊帶三維散射場，實現(xiàn)非干涉合成孔徑，得到樣品三維散射勢頻譜的初步估計；

步驟3：對初步估計的頻譜進行基于LED離散采樣、照明部分相干和修正因子的三維反卷積；

步驟4：采用非負約束和全變分正則化相結合的混合迭代約束算法對合成的散射勢頻譜中缺失錐信息進行計算填充；

步驟5：對填充后的的三維散射勢頻譜進行三維傅里葉逆變換，恢復樣品的三維折射率分布，實現(xiàn)無標記生物樣品實現(xiàn)非侵入式三維成像。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法，其特征在于，利用基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像平臺采集不同照角度下的軸向離焦強度堆棧，所述光強傳輸衍射層析顯微成像平臺包括包括可編程LED陣列、電動位移臺掃描裝置，待測樣品、顯微物鏡、成像筒鏡和相機，可編程LED陣列的圓心和顯微物鏡光軸重合，被放置在距離樣品設置距離的位置，顯微物鏡的后焦面與筒鏡的前焦面重合，相機的成像平面放置在成像筒鏡的后焦面位置，成像時樣品被放置在電動位移臺上，逐個點亮LED單元，準單色平面波照射待測樣品，通過物鏡，經(jīng)過成像筒鏡匯聚后落在相機的成像平面上，通過控制電動位移臺的軸向掃描，利用相機來記錄三維光強堆棧。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法，其特征在于，步驟2中對不同入射光照下的三維強度堆棧取對數(shù)，并進行三維傅里葉變換，得到三維對數(shù)強度譜。

4.根據(jù)權利要求1或3所述的基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法，其特征在于，采用散射勢函數(shù)O(r)來表征樣品的三維結構，將散射勢函數(shù)O(r)展開成實部和虛部的形式，即O(r)＝a(r)+jφ(r)，其中φ(r)和a(r)對應于散射勢O(r)的相位成分和吸收成分；

對不同入射光照下的三維強度堆棧I(r)取對數(shù)，表示為：

式中，φ(r)和a(r)對應于散射勢O(r)的相位和吸收，g(r)和g′(r)分別為層析成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)和對應的受入射光U_in(r)調制后的點擴散函數(shù)，g^′*(r)是g′(r)的共軛形式；

通過計算上式的傅里葉變換，得到對數(shù)強度譜函數(shù)：

式中的和分別對應于三維強度堆棧I(r)、散射勢O(r)的吸收成分a(r)和相位成分φ(r)的三維傅里葉變換，H_a(u)和H_φ(u)為衍射層析成像系統(tǒng)的吸收和相位傳遞函數(shù)。

5.根據(jù)權利要求4所述的基于非干涉合成孔徑的光強傳輸衍射層析顯微成像方法，其特征在于，衍射層析成像系統(tǒng)的吸收和相位傳遞函數(shù)分別表示為：

式中，為系統(tǒng)的廣義相干傳遞函數(shù)，u＝(u_T,u_z)是對應于r的空間頻率坐標，u_m＝n_m/λ，n_m為樣品周圍介質折射率，λ為自由空間中的照明波長，P^*(u)是P(u)的共軛形式，P(u+u_in)和P^*(u-u_in)分別為P(u)和P^*(u)受入射光空間頻率u_in平移調制后的相干傳遞函數(shù)表達式。