[发明专利]一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微装置及方法

权利要求书

1.一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用激发光束对荧光样品进行激发，并通过探测器阵列收集所激发荧光的光强信息；

2)用余弦分布的数字图样对探测到的光强信息进行虚拟波矢调制，再将调制后的强度信息相加作为样品扫描点的图像信息；

所述数字图样的表达式为：

式中，r为样品的空间坐标，n表示不同数字图样的编号，k_p⁽ⁿ⁾为第n张余弦分布的数字图样的空间频率；

3)对荧光样品进行二维扫描，得到一幅经过虚拟波矢调制的样品图像；

4)重复步骤2)和步骤3)中的操作，并采用具有不同空间频率的余弦分布的数字图样调制所述的光强信息，得到含有样品不同频谱成分的图像；

5)利用迭代算法将所述图像中样品的高频信息解调出来，以重构样品的二维超分辨图像；

所述迭代算法的具体过程如下：

令样品的初始图像为初始的激发光光路系统的光学传递函数为OTF⁽⁰⁾(k)，使用第n张经虚拟波矢调制后的图像光强信息I_m⁽ⁿ⁾(r)进行第n次迭代后的图像更新为复原出来的激发光路系统的光学传递函数为OTF⁽ⁿ⁾(k)；

使用第n张经虚拟波矢调制后的物体图像强度为I_m⁽ⁿ⁾(r)，用I_m⁽ⁿ⁾(r)的频谱更新经调制的物体频谱

式中，表示使用I_m^(n-1)(r)更新后的经调制的物体频谱，OTF^(n-1)(k)表示使用I_m^(n-1)(r)更新后的激发光路光学传递函数，Mask(k)表示低通滤波器，用来阻挡高频噪声；

使用的空域分布和的空域分布来更新物体的空间信息：

式中，p⁽ⁿ⁾(r)表示第n张数字图样的强度分布，表示卷积，h_de(r)表示探测光路的点扩散函数，I_op⁽ⁿ⁾(r)表示经第n张数字图样调制的样品强度，I_obj^(n-1)(r)表示经I_m^(n-1)(r)更新后的物体空间信息；

同时，激发系统的OTF也被更新为

式中，δ为归一化常数，max{·}表示二维矩阵的最大值，定义连续两次迭代出的图像的均方根误差来衡量算法的收敛性。

2.如权利要求1所述的荧光超分辨显微方法，其特征在于，所述的探测器阵列为6×6方形阵列，每个探测器对应一个光强信息。

3.如权利要求1所述的荧光超分辨显微方法，其特征在于，改变样品二维扫描的深度，通过迭代算法得到样品不同深度的二维超分辨图像，并重构样品的三维超分辨图像。

4.一种基于权利要求1～3任一项所述荧光超分辨显微方法的荧光超分辨显微装置，其特征在于，包括：

沿光路依次布置的激光器、扫描振镜和样品台；

布置在荧光光路上的探测器阵列，所述探测器阵列具有多个探测器单元；

以及用于光强分析和图像重构的计算机。

5.如权利要求4所述的荧光超分辨显微装置，其特征在于，所述的样品台为可改变二维扫描深度的z轴压电平台。

6.一种权利要求1～3任一项所述荧光超分辨显微方法的荧光超分辨显微装置，其特征在于，包括：

沿光路依次布置的激光器和三维平移台，所述三维平移台上放置荧光样品并用于荧光样品的二维扫描和改变扫描深度；

布置在荧光光路上的探测器阵列，所述探测器阵列具有多个探测器单元；

以及用于光强分析和图像重构的计算机。