[发明专利]用于快速运动物体的超高分辨成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法。

背景技术

一般情况下，人眼能够分辨的最小物体的尺寸大约为0.1mm。若想看到更小的物体，则需要借助于显微技术。1873年，德国显微技术专家恩斯特.阿贝揭示了光学显微镜由于光的衍射效应和有限孔径分辨率存在极限的原理，正是该原理“束缚”了传统光学显微镜在纳米世界的运用。

当显微镜的物镜视野下仅有单个荧光分子，通过特定的算法拟合，很容易超过光学分辨率极限。为探索微观世界，突破光学显微镜的光学极限的超高分辨显微技术应运而生。1981年Barak和Webb首先将单分子跟踪技术引入到生命科学中。尽管单分子的定位精确可以达到纳米级，但它并不能提高光显微镜在分辨两个或者更多点光源时的分辨率。

2002年Patterson和Lippincott-Schwartz首次利用绿色荧光蛋白(GFP)的变种(PA-GFP)观察特定蛋白质在细胞内的运动轨迹。德国EricBezig敏锐地认识到：应用单分子荧光成像技术，结合这种荧光蛋白的发光特性，可以突破光学分辨率的极限---光激活定位显微技术(PALM)诞生了。PALM的成像方法只能用来观察外源表达蛋白，对细胞内源蛋白却无能为力。2006年，美国霍华德-休斯研究所华裔科学家庄晓薇实验组发现：不同的波长可以控制化学荧光分子Cy5在荧光激发态和暗态之间的切换。鉴于此开发了随机光学重构显微技术(STORM)。不管是PALM还是STORM超高分辨显微镜方法，其点扩散函数成像仍然与传统显微成像一致，需要反复激活-淬灭荧光分子，所以实验大多在固定的细胞上完成。

2000年，德国科学家StefanHell提出通过物理过程来减少激发光的光斑大小，直接减少点扩散函数的半高宽来提高分辨率，成功研制了受激发射损耗显微技术(STED)。改变点扩散函数实现突破光学衍射极限的另一种方法是饱和结构照明显微技术(SSIM)。2005年，Gustafsson首先将非线性结构性光学照明部件引入到传统的显微镜上，得到了分辨率达到50nm的图像。但是现有的超高分辨技术成像速度慢，并且难以拍摄运动(特别是快速运动)的样品。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提供一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法，以解决现有技术中成像速度慢难以拍摄运动物体，特别是生物活体的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种用于快速运动物体的超高分辨成像方法，包括：

根据运动物体样品上超高分辨成像目标的位置设置包含所述超高分辨成像目标的感兴趣区域ROI；

获取所述超高分辨成像目标的运动速度V_i和所述感兴趣区域ROI的运动速度V_r与位置；

根据超高分辨成像模块的分辨率PPI_s、所述感兴趣区域ROI的运动速度V_r以及所述超高分辨成像目标的运动速度V_i获取所述超高分辨成像模块的成像帧频f_s；

根据所述成像帧频f_s与成像拍摄区域Sp的关系计算所述成像拍摄区域Sp的尺寸；在样品上定义一包含超分辨成像目标的拟拍摄区域Si，所述拟拍摄区域Si的尺寸与所述成像拍摄区域Sp的尺寸相同，且与感兴趣区域ROI具有相同的运动速度V_r；

调整所述拟拍摄区域Si或者所述成像拍摄区域Sp的位置，以使所述拟拍摄区域Si与所述成像拍摄区域Sp保持重合；并根据所述拟拍摄区域Si对运动物体样品上超高分辨成像目标进行超高分辨成像。

可选地，所述

根据超高分辨成像模块的分辨率PPI_s、所述感兴趣区域ROI的运动速度V_r以及所述超高分辨成像目标的运动速度V_i获取所述超高分辨成像模块的成像帧频f_s的步骤中采用以下公式获取所述成像帧频f_s：

|V_r-V_i|/PPI_s≤f_s。

可选地，所述获取所述超高分辨成像目标的运动速度V_i和感兴趣区域ROI的运动速度V_r与位置可通过以下方式获取：

在预设时间内分别采集感兴趣区域ROI的至少两张图像；