一种高保真的超分辨显微成像方法和系统技术方案

本申请涉及一种超分辨显微成像方法和显微成像系统，包括在待测样品周围设置已知透过率的预设区域。控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。通过计算消除了每次所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品时，所述旁瓣产生的影响，从而实现了采用所述超分辨显微成像方法成像结果的高保真特性。超分辨显微成像方法成像结果的高保真特性。超分辨显微成像方法成像结果的高保真特性。

【技术实现步骤摘要】
一种高保真的超分辨显微成像方法和系统


[0001]本申请涉及显微成像领域，特别是涉及一种高保真的超分辨显微成像方法和系统。

技术介绍

[0002]传统的显微镜成像由于受到光波入射波长和显微物镜数值孔径的限制，横向空间分辨率被限制到200nm左右。如今，一系列的超分辨成像技术突破了衍射极限的分辨率。在这些超分辨技术中，通过不同的调制方法实现更小尺寸的照明光斑以实现更高分辨率的成像。为了观察更小尺度的物体，一系列的技术通过提高光学传统函数的空间响应或增加光学传递函数的截止频率来实现超分辨成像。比如：结构光超分辨技术(Structural Illumination Microscopy,SIM)通过增加光学传递函数的截止频率来实现超分辨成像。共聚焦显微镜(Confocal Microscopy,CM)通过增加光学传递函数的响应频谱，利用有限的针孔来限制非聚焦光，提供成像的更高对比度或提高成像的分辨率。
[0003]随着显微成像技术的发展，超分辨图像的保真特性开始受到科学家们的关注。对于点扫描成像，许多研究者聚焦于如何减小聚焦光斑的尺寸来提升分辨率。但是，由于旁瓣的存在不可避免地对重构的超分辨图像的强度信息的真实性造成影响，从而会影响超分辨成像的真实性。而超分辨技术常被用来探索新型生物结构，这一需求使得重构图像需要具有高保真的特性，避免信息的偏差。有些研究人员通过图像的重构算法来提升图像的保真度。然而，针对点扫描超分辨的保真方法尚属空白。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对旁瓣的存在影响超分辨成像的真实性的问题，提供一种高保真的超分辨显微成像方法和系统。
[0005]一种高保真的超分辨显微成像方法，包括：
[0006]在待测样品周围设置已知透过率的预设区域。
[0007]控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。
[0008]控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。
[0009]根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
[0010]在其中一个实施例中，所述光强信息包括第一光强信息和第二光强信息。所述控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息包括：控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域向所述待测样品扫描。所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述旁瓣扫描所述待测样品的第一光强信息。所述超分辨照明光斑
扫描所述待测样品后测得所述第二光强信息。
[0011]在其中一个实施例中，所述根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像包括：
[0012]确定所述超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，所述旁瓣所扫描的位置为第二位置；
[0013]根据所述第一位置的透过率、所述第一位置的照明系统的照明点扩散函数、所述第一位置的成像系统的成像点扩散函数、所述第二位置的透过率、所述第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及所述第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定光强信息函数；
[0014]根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
[0015]在其中一个实施例中，所述根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，还包括：
[0016]根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率；
[0017]根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真的超分辨图像。
[0018]在其中一个实施例中，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，包括：
[0019]根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真透过率；
[0020]根据所述待测样品的高保真透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨显微成像。
[0021]一种显微成像系统，包括照明系统、衍射光学系统、扫描系统和成像系统。所述照明系统用于出射光波信号。所述衍射光学系统用于调制所接收的所述光波信号，并根据所述光波信号在预设区域产生超分辨照明光斑。所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣。待测样品的周围设置所述预设区域，所述预设区域的透过率已知。所述扫描系统用于使所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动。所述成像系统测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息，并根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。
[0022]在其中一个实施例中，所述衍射光学系统包括衍射光学元件和照明物镜，其中所述衍射光学元件对所述光波信号进行调制，在所述照明物镜的焦面或焦面附近的垂轴面上产生所述超分辨照明光斑。
[0023]在其中一个实施例中，所述成像系统包括成像物镜、光电探测器和信息处理模块。所述成像物镜用于对所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后成像，得到初始图像。所述光电探测器用于测量所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后在所述成像物镜上的光强信息。所述信息处理模块与所述光电探测器连接。所述信息处理模块用于根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息和所述预设区域透过率得到所述待测样品的高保真透过率，并根据所述超分辨照明光斑的位置信息和所述高保真透过率重
构所述待测样品的高保真超分辨图像。
[0024]在其中一个实施例中，所述成像系统还包括荧光滤色片。所述荧光滤色片位于所述成像物镜的垂轴面上。所述荧光滤色片用于对所述初始图像进行滤波处理。
[0025]在其中一个实施例中，所述光电探测器包括面阵探测器或点探测器中的一种。
[0026]本申请实施例所述的超分辨显微成像方法，在所述待测样品周围设置已知透过率的所述预设区域。所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品扫描，并同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息。根据超分辨照明光斑及旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。所述超分辨显微成像方法通过计算消除了每次所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品时，所述旁瓣产生的影响，实现了采用所述超分辨显微成像方法的成像结果的高保真特性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，包括：在待测样品周围设置已知透过率的预设区域；控制照明和衍射光学系统在所述预设区域产生超分辨照明光斑，所述超分辨照明光斑周围形成照明光斑旁瓣；控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息；根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。2.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，所述光强信息包括第一光强信息和第二光强信息，所述控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑依次从所述预设区域向所述待测样品移动，同时利用成像系统检测所述旁瓣和所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后的光强信息，包括：控制所述旁瓣和所述超分辨照明光斑从所述预设区域向所述待测样品扫描，所述旁瓣扫描到所述待测样品边缘时，测得所述旁瓣扫描所述待测样品的第一光强信息；所述超分辨照明光斑扫描所述待测样品后测得所述第二光强信息。3.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，根据所述超分辨照明光斑及所述旁瓣、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像包括：确定所述超分辨照明光斑所扫描的位置为第一位置，所述旁瓣所扫描的位置为第二位置；根据所述第一位置的透过率、所述第一位置的照明系统的照明点扩散函数、所述第一位置的成像系统的成像点扩散函数、所述第二位置的透过率、所述第二位置的照明系统的照明点扩散函数、及所述第二位置的成像系统的成像点扩散函数，确定光强信息函数；根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。4.如权利要求3所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，所述根据所述光强信息函数、所述光强信息、所述预设区域透过率，得到所述待测样品的高保真超分辨图像，还包括：根据所述光强信息函数、所述预设区域透过率和所述第一光强信息，得到所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率；根据所述光强信息函数、所述旁瓣所扫描的所述待测样品的透过率、所述预设区域透过率和所述第二光强信息，得到所述待测样品的高保真超分辨图像。5.如权利要求1所述的高保真的超分辨显微成像方法，其特征在于，根据所述超分辨照明光斑及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭峭峰，徐宁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：