[发明专利]用于表征样本中的颗粒的全息方法

说明书

本发明涉及一种用于全息表征样本(10)中包含的颗粒(10b)的方法，该方法基于当样本被光源(11)照射时，由图像传感器(16)获得的样本的图像(Io)或全息图。全息图是全息重建的主题，使得获得复数图像，称为参考复数图像(Aref)，表示在重建平面中由样本透射的光波。将全息传播算子应用于所述参考复数图像，使得获得多个所谓的二次复数图像(Aref，z)，从中确定描述由样本沿着所述光波的传播轴(z)透射的光波的光学特征的变化的分布图。

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技术领域

本发明的技术领域涉及通过全息重建表征样本、特别是生物样本中存在的颗粒。

背景技术

通过无透镜成像观察样本、特别是生物样本，在过去十年中得到了显著的进步。该技术允许在不将光学放大透镜设置在样本和图像传感器之间的情况下，通过将样本定位在光源和图像传感器之间来观察样本。因此，图像传感器收集由样本透射的光波的图像。

该图像、也称为全息图，是由光源发射并由样本透射的光波与样本对光源发射的光波衍射而产生的衍射波之间的干涉图案形成的。有时使用术语“衍射图案”来指代这些干涉图案。

文献WO2008090330描述了一种允许通过无透镜成像观察生物颗粒(在这种情况下为细胞)的装置。该装置使得可以将每个细胞与干涉图案相关联，该干涉图案的形态使得可以识别细胞的类型。因此，无透镜成像似乎是传统显微镜的简单且廉价的替代方案。而且，它的观察视野明显大于显微镜可能的观察视野。因此理解，与该技术相关的应用前景巨大。

专利申请WO2015011096描述了一种允许基于全息图估计细胞状态的方法。该申请使得例如可以将活细胞与死细胞辨别开。

出版物Langehanenberg P.“Autofocusing in digital holographicmicroscopy”，3D研究，第2卷，2011年3月1日，以及Poher V.“Lensfree in-lineholographic detection of bacteria”，SPIE，第8086卷，2011年3月22，描述了用于基于数字聚焦算法的应用来定位颗粒的方法。出版物Ning W.“Three-dimensionalidentification of microorganisms using a digital holographic microscope”，医学中的计算与数学方法”，第220卷，第4598号，2013年1月1日，描述了一种允许基于应用于重建颗粒图像的三维滤波器识别颗粒的方法。

通常，可以通过全息重建算法处理由图像传感器获取的全息图，以便估计样本的光学性能，例如透射因子或相位。这种算法在全息重建领域中是众所周知的。为此，在已知样本和图像传感器之间的距离的情况下，考虑该距离以及由光源发射的光波的波长，应用传播算法。然后可以重建样本的光学性能的图像。特别地，重建图像可以是由样本透射的光波的复数图像，包括关于样本的光学吸收或相位变化性能的信息。全息重建算法的示例在出版物Ryle等人的“Digital in-line holography of biological specimens”，Proc.OfSPIE Vol.6311(2006)中描述。

然而，全息重建算法可能导致重建图像中的重建噪声，(称为术语“孪生像”)。这主要是由于在图像传感器上形成的图像不包括与到达该传感器的光波的相位有关的信息。因此，唯一基于在图像传感器上收集的光波的强度，基于部分光学信息生成全息重建。提高全息重建的质量是大量研究的目标，实施所谓的“相位复原”算法，使得可以估计图像传感器暴露于其的光波的相位。