[发明专利]三维高速宽视场层析成像方法及装置

说明书

本发明提出了一种三维高速宽视场层析成像方法及装置，其中，方法包括：光束产生步骤，用于产生光束；多焦面生成步骤，对光束进行色散，并将色散后的光束进行分光以分为多束光，以及调整多束光中每束光的聚焦深度以实现对样品不同深度平面的同时照明；拓展景深探测步骤，对样品所激发的光进行会聚以形成像面，并在像方焦平面或共轭面对向面进行相位调制以对不同深度的物面进行成像。本发明的方法能够保证空间分辨率，激发物体不同深度的宽视场物面，实现三维高速同时探测的三维高速宽视场层析成像。

技术领域

本发明涉及光学显微技术领域，尤其涉及一种三维高速宽视场层析成像方法及装置。

背景技术

光学显微成像技术是指通过光学方法实现物体高分辨图像的成像技术，广泛应用于微观物体的结构成像和功能信号探测，并成为目前生物研究的常用方法。现有的显微成像技术中，普通宽场单光子荧光成像光漂白严重、背景荧光强、信噪比低、不具备层析能力；光片显微成像通过将激发与探测置于垂直的两个方向，降低了光漂白，在透明样本中实现了层析成像，但其无法应用于具有强散射特性的生物样本；共聚焦点扫描成像通过引入共焦探测在一定深度范围内有效地抑制了背景荧光，提高了穿透深度，但是限于其扫描元件的机械惯性，时间分辨率较低；此外，多光子点扫描成像系统通过采用基于非线性光学效应的长波长激发进一步提高了穿透深度，但是其时间分辨率同样无法满足生物医学研究的实际需求。

相关文献中为了实现宽视场层析成像，发展了时空聚焦技术。该技术的原理是首先采用色散元件对飞秒脉冲激光在时间维度进行延展，使能量分散，再通过准直镜和物镜将展宽的光在聚焦面上重新会聚，在聚焦面上实现能量会聚，从而基于非线性光学效应实现宽视场层析激发。由此，时空聚焦技术实现了宽视场同时激发并保留了层析成像能力，提高了时间分辨率，即时空聚焦技术具有轴向分辨率高、穿透深度深、背景荧光弱、信噪比强等优势。

但是，在实际生物光学成像中，为了研究三维动态过程，需要对多个不同深度平面进行同时观测。尽管相对于点扫描显微成像技术，时空聚焦技术大大提高了横向平面的成像速度，但是其限于机械惯性对轴向扫描速度的限制，三维高速宽视场层析成像速度仍不高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一方面目的在于提出一种能够保证空间分辨率，激发物体不同深度的宽视场物面，实现三维高速同时探测的三维高速宽视场层析成像方法。

本发明另一方面目的在于提出一种三维高速宽视场层析成像装置。

为达到上述目的，本发明一方面的实施例提出了一种三维高速宽视场层析成像方法，包括以下步骤：光束产生步骤，用于产生光束；多焦面生成步骤，对所述光束进行色散，并将色散后的光束进行分光以分为多束光，以及调整所述多束光中每束光的聚焦深度以实现对样品不同深度平面的同时照明；拓展景深探测步骤，对所述样品所激发的光进行会聚以形成像面，并在像方焦平面或共轭面对所述像面进行相位调制以对不同深度的物面进行成像。

根据本发明实施例的三维高速宽视场层析成像方法，通过对光束进行扩散以及调整每束光的聚焦深度，对样品激发的光会聚并加以相位调制，实现对样品不同深度面同时照明和对不同深度的物品进行清晰成像。该方法能够在保证空间分辨率的前提下，同时激发物体不同深度的宽视场物面，并实现三维高速同时探测。

在一些示例中，所述光束产生步骤包括对脉冲激光光源发出的光进行准直和扩散，以产生所述光束。

在一些示例中，所述在像方焦平面或共轭面对所述像面进行相位调制时，施加的相位为其中，u，v为SLM上的横截坐标，α为增益系数。