[發明專利]一種主動結構光照明的超分辨顯微成像方法及系統

在審

• 申請號: 202211076269.9
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115308184A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 梁永;文剛;陳曉虎;金鑫;王林波;李輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種主動結構光照明的超分辨顯微成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，通過相機采集樣品經激光激發的熒光圖像；

步驟2，基于步驟1的圖像構建所需的主動結構光照明光場；

步驟3，對步驟2的主動結構光照明光場進行轉換并加載到空間光調制器中，形成時空聯合強度調制的主動結構光照明光場；

步驟4，從步驟3中加載在空間光調制器的全息條紋位面圖取出相應的位面圖，并開始顯示，激光器同步出光照明樣本，相機同步曝光采集原始圖像數據；

步驟5，判斷全部全息條紋位面圖是否顯示完成，若是，空間光調制器停止位面顯示，且相機停止圖像采集，否則按預設的順序切換到不同空間方向角和位相的位面圖，返回步驟4，繼續執行同步顯示及曝光。

2.根據權利要求1所述的主動結構光照明的超分辨顯微成像方法，其特征在于，步驟2中所述主動結構光照明光場包括：

第一照明光場：將輸入的非均勻高斯分布光場調制成均勻的平頂照明光場，滿足基于熒光強度定量分析及大視場拼接成像的需求；

或，第二照明光場：根據樣本強度分布特征主動調整照明光強，包括強信號區域降低光照劑量、弱信號區域提高光照劑量、無信號或背景區域無光照，滿足所需高動態范圍、低光照劑量的成像需求；

或，第三照明光場：自定義指定位置和強度的照明，滿足用戶自定義感興趣照明區域的成像需求。

3.根據權利要求1所述的主動結構光照明的超分辨顯微成像方法，其特征在于，步驟3中調制后的主動結構照明光場的光強空間分布表示為I_a(x,y)：

式中，I_g(x,y,t)表示在一個相機曝光周期T內，激發光在樣品面上照明光強的時空體積，在只允許一個級次光束通過時的SIM成像過程中，其照明強度在空間上呈現非均勻的高斯分布；M_i(x,y,t)表示加載在空間光調制器中的第i個強度調制函數或二值位面，N表示加載二值位面的個數，空間光調制器上每個像素的光強調制精度表示為1/2^N；t_i表示每個二值位面對應的時間權重函數，所有時間權重求和為相機的一個曝光周期點(x,y)代表空間光調制器中任意空間坐標；m表示結構光的調制度，k_x、k_y、φ表示空間頻率和初始相位。

4.實現權利要求1至3任意一項所述方法的主動結構光照明的超分辨顯微成像系統，其特征在于，所述系統包括光源模塊、主動結構光照明光場加載模塊、主動結構光照明光場生成模塊以及熒光探測模塊；

所述光源模塊，用于實現至少四個激光波長的控制，且可實現單波長獨立照明，多個波長多色分時及同時照明；

所述熒光探測模塊，用于采集樣本經激光激發的熒光圖像；

所述主動結構光照明光場生成模塊，用于基于所述熒光圖像生成主動結構光照明光場；

所述主動結構光照明光場加載模塊，用于將生成的主動結構光照明光場加載到SIM成像系統中，完成主動結構光照明超分辨成像。

5.根據權利要求4所述的主動結構光照明的超分辨顯微成像系統，其特征在于，所述光源模塊包括激光器(1)、單模保偏光纖(2)；

所述激光器(1)，用于提供多個波長的激光，且可實現單波長及多波長同步出光控制；

所述單模保偏光纖(2)，用于傳輸激光器(1)耦合好的多路激光至主動結構光照明光場加載模塊。

6.根據權利要求5所述的主動結構光照明的超分辨顯微成像系統，其特征在于，所述激光器(1)提供四個波長的激光，四個波長分別405nm、488nm、561nm、637nm。