一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置，属于显微成像领域

【技术实现步骤摘要】
一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置


[0001]本专利技术属于显微成像领域，更具体地，涉及一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置
。

技术介绍

[0002]双光子显微成像方法的空间分辨率除了受限于成像系统本身的带宽
(
衍射受限分辨率
)
，同时也会由于光学系统自身缺陷
、
生物样品光学性质的不均匀性导致的波前畸变而进一步降低
。
为了解决这一问题，像差校正被引入到双光子显微成像方法中，大大提高了活体组织中的成像分辨率
。
[0003]然而传统像差校正方法的有效作用视场较小
(<100
微米
)
，由于生物组织复杂多样，导致每个位置上的像差表征均不一致，很难在大视野的情况下进行像差校正
。
一般需要在小视场下进行像差校正，然后进行拼接成大视场高分辨率图像
。
[0004]在深部脑区的神经元研究中，目前借助于渐变折射率透镜的自聚焦特性，可以通过埋置渐变折射率透镜的方法实现在深部脑区成像，由于双光子显微成像方法具有较大的穿透深度，结合渐变折射率透镜和双光子显微成像方法便可实现在小鼠深部脑区的三维空间动态信息的获取
。
但是，由于生产和设计工艺的缺陷，渐变折射率透镜往往存在较大的像差且在每个位置上的像差表征不一，针对渐变折射率透镜需要进行多次像差校正，然后进行图像拼接实现整个成像区域的像差校正，无法在同一时间完成渐变折射率透镜的整个区域的像差校正，即无法实现对于大视场神经元动态信号的像差校正
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置，由此解决传统双光子显微镜大视场成像时像差校正速度慢和渐变折射率成像时全视场动态信号无法进行像差校正的问题
。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种同时多区域像差校正的双光子显微成像装置，包括：像差控制模块，多焦点生成模块
、
扫描成像模块
、
成像物镜
、
荧光收集模块及像差校正模块；
[0007]所述像差控制模块包括相位调控单元和相位中继单元；
[0008]激光光束经相位调控单元进行波前相位调整后，被相位中继单元共轭至所述多焦点生成模块进行聚焦形成多个焦点后，共轭至所述扫描成像模块进行扫描，并共轭至所述成像物镜的后瞳处，经成像物镜聚焦形成多个焦点，以激发待成像物体发出荧光，所述荧光收集模块收集所述荧光进行成像；
[0009]所述相位调控单元被划分为多个区域，作为多个子调控单元，所述像差校正模块用于获取子相位调控单元
i
在像差模式
j
下的最佳幅值
a
ij
，计算对应的波前相位补偿量并将其加载到对应的子调控单元
i
上，以改变子调控单元对入射至其表面的光束的波前相位调控量，从而调控所述光束经聚焦生成的焦点的像差，并在调整后
再次进行所述成像以获取多区域像差校正后的图像；
[0010]其中，所述最佳幅值
a
ij
为：在像差模式
j
下，通过所述子相位调控单元
i
向所述激光光束施加多个不同幅值的像差扰动并进行所述成像得到对应的成像图像，将所有幅值及与其对应的成像图像的评价指标进行拟合获取到的最佳图像评价指标对应的幅值；
i
＝1～
n
，
n
为子相位调控单元的数量
。
[0011]按照本专利技术的第二方面，提供了一种同时多区域像差校正的双光子显微成像方法，应用于如第一方面所述的装置，包括：
[0012]离线标定阶段：
[0013]获取子相位调控单元
i
在像差模式
j
下的最佳幅值
a
ij
，计算对应的波前相位补偿量并将其加载到对应的子调控单元
i
上，以改变子调控单元对入射至其表面的光束的波前相位调控量，从而调控所述光束经聚焦生成的焦点；
[0014]其中，所述最佳幅值
a
ij
为：在像差模式
j
下，通过所述子相位调控单元
i
向所述激光光束施加多个不同幅值的像差扰动并进行所述成像得到对应的成像图像，将所有幅值及与其对应的成像图像的评价指标进行拟合获取到的最佳图像评价指标对应的幅值；
[0015]在线校正阶段：
[0016]在将
f
i
加载到对应的子调控单元
i
上后，再次进行所述成像，得到多区域像差校正后的图像
。
[0017]按照本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如第二方面所述的方法
。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0019]本专利技术提供的同时多区域像差校正的双光子显微成像方法及装置，通过将相位调制器控制的光束分成若干份，结合小透镜阵列产生了波前相位可控的多焦点，通过扫描系统之后便可以在物镜焦点位置产生多个焦点，为同时多区域像差校正提供基础；并在此基础上，结合相位调制器和模态波前探测方法对存在的像差进行测量并校正，从而实现多个成像区域的像差校正，获取高分辨的图像
。
[0020]本专利技术提供的同时多区域像差校正的双光子显微成像系统，通过多焦点扫描和多焦点像差控制，提高了像差校正的速度，利用测量得到的波前相位，对多个区域进行同时成像，实现多成像区域的同时像差校正，实现全视场动态信号的像差校正
。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提供的同时多区域像差校正的双光子显微成像装置结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的多焦点像差校正示例图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的
3x3
焦点阵列像差校正
10
μ
m
荧光小球成像示例图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的同时多区域像差校正的双光子显微成像方法流程图
。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合
。
[0026]本专利技术实施例提供一种同时多区域像差校正的双光子显微成像装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种同时多区域像差校正的双光子显微成像装置，其特征在于，包括：像差控制模块，多焦点生成模块
、
扫描成像模块
、
成像物镜
、
荧光收集模块及像差校正模块；所述像差控制模块包括相位调控单元和相位中继单元；激光光束经相位调控单元进行波前相位调整后，被相位中继单元共轭至所述多焦点生成模块进行聚焦形成多个焦点后，共轭至所述扫描成像模块进行扫描，并共轭至所述成像物镜的后瞳处，经成像物镜聚焦形成多个焦点，以激发待成像物体发出荧光，所述荧光收集模块收集所述荧光进行成像；所述相位调控单元被划分为多个区域，作为多个子调控单元，所述像差校正模块用于获取子相位调控单元
i
在像差模式
j
下的最佳幅值
a
ij
，计算对应的波前相位补偿量并将其加载到对应的子调控单元
i
上，以改变子调控单元对入射至其表面的光束的波前相位调控量，从而调控所述光束经聚焦生成的焦点的像差，并在调整后再次进行所述成像以获取多区域像差校正后的图像；其中，所述最佳幅值
a
ij
为：在像差模式
j
下，通过所述子相位调控单元
i
向所述激光光束施加多个不同幅值的像差扰动并进行所述成像得到对应的成像图像，将所有幅值及与其对应的成像图像的评价指标进行拟合获取到的最佳图像评价指标对应的幅值；
i
＝1～
n
，
n
为子相位调控单元的数量
。2.
如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相位调控单元为液晶空间光调制器，所述液晶空间光调制器的像素被划分为所述多个区域；所述相位中继单元包括两个固定放置的同轴透镜
。3.
如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多焦点生成模块包括小透镜组和中继透镜；其中，所述小透镜组用于进行聚焦，生成多个焦点，所述中继透镜用于将所述多个焦点的光束共轭至所述扫描成像模块
。4.
如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述扫描成像模块包括扫描振镜组和扫描中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄江枫，付玲，
申请(专利权)人：湖北光谷实验室，
类型：发明
国别省市：