[发明专利]一种彩色超分辨成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种彩色超分辨成像装置及方法。

背景技术

当前，在结构光照明技术中，为了实现超分辨显微成像，需要对待测样品进行多次的图像采集，并在采集之后进行复杂的图像重建过程才能还原出待测样品的超分辨图像。可见，传统的超分辨显微成像做法不仅耗时，而且多次采集也会进一步增加样品光漂白的几率。

而目前，出现了一种二次扫描超分辨显微技术，它是一种新型的结构光照明超分辨显微技术，其基本原理可以如图1所示。其中，二次扫描超分辨显微系统中有两套振镜，其中SM1的作用是对待测样品面进行点扫描，使激发光分别激发待测样品产生荧光信号。而SM2的作用是对激发的荧光信号进行二次扫描。在图1右侧的B部分中，M值表征的意义为系统对待测样品的放大率M_obj和对激发光斑放大率M_spot的比值(即)。当M＝1时，激发光从左往右依次扫过荧光团激发出荧光信号，由于两个荧光分子距离较近，导致其发出的荧光信号在空间上有部分的重叠，无法区分出两个荧光分子。但是当M＝2时，由于系统对样品的放大率大于激发光斑的放大率，导致两个荧光分子的像之间的距离增加，使得系统能够分辨出这两个原本发光信号重叠的荧光分子，由此突破了系统的极限分辨率。这种超分辨技术最大的优势在于，它摒弃了传统结构光照明技术中的多次激发和后期复杂的数据重建，而是利用纯光学的方式，仅通过一次信号采集即可实现超分辨显微成像。紧随其后，Hari Shoff等人将双光子与二次扫描技术相结合，进一步的提升了二次扫描系统的信噪比和成像深度。另外，当前出现了将超分辨成像与荧光光谱成像相结合的技术，在荧光光谱成像部分，其通过光纤光谱仪来采集每个图像像素点上的光谱，最终通过线性光谱解混，来实现对样品中不同荧光物质的区分。

然而，上述的二次扫描技术，虽然在图像的分辨率上有所提高，但是无法在单次的检测中区别出发不同波长的荧光团。而将二次扫描技术与光纤光谱仪相结合的技术，虽然能实现超分辨的光谱成像，但是成像光谱仪采用光纤光谱仪，系统整体的信号采集速率将极大的受限于光谱仪CCD检测器的采集和读出速率，无法实现快速的信号采集。且若需要大面积的成像，过长的采集时间将加大图像中各个像素点之间的采集时间差，当系统应用于活体成像时，将导致明显的图像失真。其次，使用光纤来收集荧光信号，不可避免的会因为光纤耦合过程而造成信号的损失。若荧光团被激发时产生的荧光较弱，则CCD检测器需要更长的曝光时间来采集足够的信号量，从而更进一步的增加了信号的采集时间。而通过提高激发光的功率以增加荧光信号，但同时将造成荧光团光漂白几率的增加。

可见，当前的二次扫描超分辨显微技术中，存在信号采集速率和效率较低的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种彩色超分辨成像装置及方法，以解决当前的二次扫描超分辨显微技术中，存在信号采集速率和效率较低的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种彩色超分辨成像装置，用于对待测样品进行显微成像，所述装置包括激光发射器、第一二向色镜、分光镜、CCD相机以及三通道光电倍增管模块；

所述激光发射器发射激发光至所述第一二向色镜，所述第一二向色镜将所述激发光反射至待测样品上，以激发所述待测样品的荧光团发出荧光，所述荧光具有荧光信号；所述荧光信号经过所述第一二向色镜到达所述分光镜；所述分光镜将所述荧光信号分为第一束光路和第二束光路；所述第一束光路发射至所述CCD相机，采集超分辨图像；所述第二束光路发射至所述三通道光电倍增管模块，分别采集红颜色通道图像、绿颜色通道图像和蓝颜色通道图像。

具体的，所述三通道光电倍增管模块包括：第二二向色镜、第一滤光片、第一光电倍增管、第三二向色镜、第二滤光片、第二光电倍增管、第三滤光片、第三光电倍增管；

所述第二束光路发射至所述第二二向色镜分光出红色荧光；所述红色荧光经所述第一滤光片进行滤光后，被所述第一光电倍增管采集，产生所述红颜色通道图像；

所述第二束光路分光出红色荧光的剩余部分光路发射至所述第三二向色镜，分光出蓝色荧光和绿色荧光；所述蓝色荧光经所述第二滤光片进行滤光后，被所述第二光电倍增管采集，产生所述蓝颜色通道图像；所述绿色荧光经所述第三滤光片进行滤光后，被所述第三光电倍增管采集，产生所述绿颜色通道图像。