[发明专利]三维折射率层析显微成像系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及显微成像技术领域，具体涉及一种三维折射率层析显微成像系统及其方法。

背景技术

样本物体的三维折射率分布信息是样本固有的一个重要光学属性，对于透明生物样本而言，它可以提供样本物体的密度、结构等信息，从而为无标记的三维细胞成像提供了可能。

在现有的生命科学或者医学研究中，往往使用荧光成像来进行特异性的标记，从而进行相关研究，但这一标记的过程，仍然会对样本本身的性质产生一定的影响，从而影响最终的实验结果。而三维折射率成像可以非侵入式地观测到样本的三维折射率场信息，从而提供了样本不同区域的性质，因此它也是近年来的一个研究热点。

近年来，各种三维折射率显微成像被相继提出，大部分工作的思路都是在不同方向上对样本进行相干光照，测量出样本在不同方向上的相位信息，从而使用层析成像的方法计算出样本的三维折射率场信息。但这些方法既对设备要求较高，都需要较为复杂的装置，而且每次成像过程时，都需要对样本拍摄多次，很难做到单次拍照即可恢复样本的三维折射率信息，对其快速动态拍摄提出了挑战。

因此，如何能够快速动态且高分辨率地对三维折射率显微信息进行采集，仍然是一个亟待解决并有重大意义的难题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种三维折射率层析显微成像系统，该系统能够精确高分辨率且快速地对显微样本的三维折射率场进行动态采集，并且简单易行。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种三维折射率层析显微成像系统，包括：光照提供模块，用于提供带有光强编码的入射平行光；显微样本，位于所述光源产生模块的后端，用于对所述入射平行光进行相位编码，使所述入射平行光照射所述显微样本后的出射光线带有所述显微样本的三维折射率场信息；显微成像模块，位于所述显微样本的后端，用于将所述出射光线形成图像；控制模块，用于对所述图像进行处理，以还原重构出所述显微样本的三维折射率信息。

进一步地，所述光照产生模块包括：光源模块，用于提供可调节传播方向的平行光；参考图案，位于所述平行光产生装置和所述显微样本之间且设置在所述平行光产生装置的像面上，用于对所述平行光进行强度调制；其中，所述控制模块还用于控制所述光源模块的照射角度。

进一步地，所述参考图案为具有纹理信息的胶卷、由所述控制模块控制的液晶附硅或DMD精微反射镜面。

进一步地，所述显微样本在各个视角下编码互不相同。

进一步地，还包括：显微样本移动装置，用于移动所述显微样本的位置；其中，所述控制装置用于控制所述显微样本移动装置对所述显微样本进行移动。

根据本发明实施例的三维折射率层析显微成像系统，通过拍摄各个视角下不含有样本的未扭曲参考图像以及含有样本的扭曲动态视频，即可精确、高分辨率且较快速地对显微样本的三维折射率信息进行采集。

为此，本发明的一个目的在于提出一种三维折射率层析显微成像方法，该方法能够精确高分辨率且快速地对显微样本的三维折射率场进行动态采集，并且简单易行。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种三维折射率层析显微成像方法，包括上述实施例所述的三维折射率层析显微成像系统，所述方法包括以下步骤：

将系统视野调整至无样本区域，使用所述三维折射率层析显微成像系统获得各视角下无扭曲的参考图像；保持所述三维折射率层析显微成像系统原有结构、参数以及光照不变，将系统视野调整至动态观察所述显微样本的位置，拍摄获得各视角下带有扭曲的显微样本动态视频；计算各视角下视频帧与所述参考图像每个像素之间的匹配关系，并根据建立的光路模型以及层析成像原理，重构还原出所述显微样本的三维折射率信息。

进一步地，所述计算各视角下视频帧与所述参考图像每个像素之间的匹配关系，并根据建立的光路模型以及层析成像原理，重构还原出所述显微样本的三维折射率信息进一步包括：根据各个视角下采集的动态扭曲的视频帧图像以及静态参考图像，使用光流算法计算各个视角下每个像素点的扭曲偏移角；根据各个视角下每个像素点的偏移角，使用层析成像算法，重构还原出动态的显微样本三维折射率场信息。

根据本发明实施例的三维折射率层析显微成像方法，通过拍摄各个视角下不含有样本的未扭曲参考图像以及含有样本的扭曲动态视频，即可精确、高分辨率且较快速地对显微样本的三维折射率信息进行采集。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明