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原文传递一种双光子扫描结构光显微成像方法及装置

专利名称：	一种双光子扫描结构光显微成像方法及装置
摘要：	本发明提供了一种双光子扫描结构光显微成像方法及装置，通过将激光调制成光强随时间按正弦函数周期性变化的激发光，并使用调制后的激发光对待成像样品进行扫描，形成扫描结构光激发；采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的非正弦荧光结构光图像，并提取荧光结构光图像的频率分量；根据不同方向上的荧光结构光图像的频率分量的叠加重构得到待成像样品的超分辨率图像，本实施例的方法不需要对荧光饱和激发和高功率的附件STED光就可以实现比线性结构光双光子超分辨显微镜更高的分辨率成像，分辨率比衍射极限提高3倍甚至更高，因此可以满足几十纳米甚至更高的双光子荧光成像需求，提高双光子荧光图像分辨率。
专利类型：	发明专利
申请人：	深圳大学
发明人：	邵永红;汪磊;郑晓敏;王美婷;屈军乐
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T18:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
申请号：	CN201911308190.2
公开号：	CN110954523A
代理机构：	深圳市君胜知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王永文;刘文求
分类号：	G01N21/64;G02B21/00;G;G01;G02;G01N;G02B;G01N21;G02B21;G01N21/64;G02B21/00
申请人地址：	518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种双光子扫描结构光显微成像方法，其特征在于，包括：按照预设调制函数将激光调制成光强随时间按正弦函数周期性变化的激发光，并使用调制后的激发光对待成像样品进行扫描激发；采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组；其中，所述荧光结构光图像组包括：多个荧光结构光图像；各个荧光结构光图像对应的激发光图案的取向和相位不同；提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，并且对其中对应的激发光图案为同一取向和不同相位的频率分量进行复位后叠加，根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像。 2.根据权利要求1所述的双光子扫描结构光显微成像的方法，其特征在于，所述采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组的步骤包括：通过改变所述预设调制函数的周期和相位，获取到不同取向和不同相位的激发光图案对应的荧光结构光图像组。 3.根据权利要求2所述的双光子扫描结构光显微成像的方法，其特征在于，所述使用调制后的激光对待成像样品进行扫描激发的步骤包括：沿所述待成像样品纵向进行逐点扫描，当一个纵向扫描完成，则沿所述待成像样品横向进行步进扫描一次，然后再进行纵向逐点扫描，重复执行上述逐点扫描和横向步进扫描的步骤，直至所述待成像样品扫描完成。 4.根据权利要求2所述的双光子扫描结构光显微成像的方法，其特征在于，所述采集待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组的步骤包括：逐点采集记录所述待成像样品被激发光扫描激发产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组，其中所述荧光信号为非正弦结构光。 5.根据权利要求1所述的双光子扫描结构光显微成像的方法，其特征在于，所述调制函数满足以下公式：其中，I为待成像样品成像面上的激发光的光强，ωm为调制频率，θ是荧光结构光图像中条纹与水平方向夹角，t为X方向扫描的时间，h表示所述扫描振镜扫描时Y方向上扫描的步数，为初始位相。 6.根据权利要求1所述的双光子扫描结构光显微成像的方法，其特征在于，所述根据各个荧光结构光图像的频率分量的叠加重构得到待成像样品的超分辨率图像的步骤包括：对叠加出的频率分量的叠加值组进行傅里叶逆变换，得到重构出的荧光信号的超分辨率图像。 7.一种双光子扫描结构光显微成像的装置，其特征在于，包括：激光器，用于产生激光；强度调制器，用于根据预设调制函数将激光调制成光强随时间按正弦函数周期性变化的激发光；扫描振镜，用于控制所述激发光对待成像样品进行扫描；探测器，用于采集待成像样品在激发光扫描后产生的荧光信号，得到荧光信号对应的荧光结构光图像组；其中，所述荧光结构光图像组包括：多个荧光结构光图像；各个荧光结构光图像对应的激发光图案的取向和相位不同；计算终端，用于提取各个所述荧光结构光图像中的频率分量，对其中对应激发光图案为同一取向和不同相位的频率分量进行复位后叠加，根据叠加出的各个取向上的频率分量的叠加值组，重构出所述待成像样品的超分辨率图像。其中，所述强度调制器、扫描振镜、探测器和计算终端连接。 8.根据权利要求7所述的双光子扫描结构光显微成像的装置，其特征在于，在所述强度调制器和扫描振镜之间设置有空间滤波器；所述空间滤波器包括：第一透镜、光阑和第二透镜。 9.根据权利要求7所述的双光子扫描结构光显微成像的装置，其特征在于，所述扫描振镜与所述探测器之间的光路中还设置有凸透镜、管镜、第一滤光片和双色镜，所述待成像样品与所述探测器之间的光路中还设置有物镜；所述凸透镜的后焦面与所述管镜的前焦面重合；所述管镜的后焦面与所述物镜的前焦面重合；所述第一滤光片和双色镜分别用于对激发光进行过滤和反射；所述扫描振镜发出的扫描光线经过凸透镜后，入射到所述管镜内，经过所述管镜发出平行光入射到所述第一滤光片，所述第一滤光片过滤出激发光，并将过滤出的所述激发光入射到所述双色镜，所述双色镜反射所述激发光，同时透射出荧光信号。 10.根据权利要求9所述的双光子扫描结构光显微成像的装置，其特征在于，所述双色镜与所述探测器之间的光路中设置有发射滤光片和第三透镜；所述发射滤光片接收从所述双色镜透射的荧光信号，反射所述荧光信号中的激发光和杂散光，透射出所述荧光信号；所述第三透镜，用于接收所述发射滤光片透射出的荧光信号，并将所述荧光信号聚焦成像到所述探测器上。
所属类别：	发明专利