[发明专利]一种高通量光学层析三维成像系统

说明书

本发明公开了一种高通量光学层析三维成像系统，包括：光束调制模块，其用于将光束调制成能够在物镜的焦平面聚焦并能够在物镜的离焦面发散的调制光束；成像模块，其用于采用相机对调制光束照明下的样本在不同像素下成像；切除模块，其用于将样本的已成像表层切除；解调模块，其用于将一个表层中的一个样本条的样本图像解调形成光学层析图像，并将每个表层的每个样本条的光学层析图像重建成三维图像。本发明通过将样本分隔形成至少一个表层，并将至少一个表层分隔形成至少一个样本条，其可通过对每个样本条的成像而实现对整个样本的成像，当无法进行多层次成像时可通过切除模块将已成像部分切割而实现样本的任意层成像，其成像速度快、效率高。

技术领域

本发明涉及成像技术，尤其是涉及一种高通量光学层析三维成像系统。

背景技术

在光学成像技术领域，传统宽场显微镜的焦外背景干扰使得无法获得焦面清晰的图像，一般通过将组织切成薄片来避免背景干扰，而光学层析通过光学的成像方法达到 类似组织切片的成像效果，也称为光学切片。共聚焦显微成像技术通过在相机前放置小 孔(pinhole)阻挡离焦的背景干扰，而只让焦面的有效信号通过，达到光学层析效果。 多光子激发显微成像技术利用非线性效应，只在焦点处具有足够的能量以激发样本的荧 光信号，实现理想的光学层析效果。然而，这两种光学层析技术都采用逐点扫描的成像 方式，在成像通量上较宽场成像方式有明显不足。

结构光照明显微成像技术利用对宽场照明叠加一种高频的周期性图案调制实现对 焦面信号的调制，而离焦信号则因这种高频调制的快速衰减而被抑制，从而实现光学层析。这一过程的实现，需要至少三张不同调制相位的原始图像，通过结构光照明显微成 像重建算法解调出焦面信号，得到光学层析图像。相比于同样具有光学层析功能的共聚 焦和多光子激发显微成像技术，结构光照明显微成像因采用宽场成像方式而有着成像通 量高、速度快的优势。当需要对大尺寸样本进行成像时，结构光照明显微成像技术通常 需采用马赛克拼接方式来扩大成像视场。这使得大尺寸样本成像时所耗时间大部分都用 于了马赛克与马赛克间的样本移动，限制了整体成像速度。为避免过多的马赛克拼接， 申请号为201310131718.X的中国专利申请公开了一种结构光快速扫描的成像方法，采 用线扫描条带式成像提高成像速度，采用结构光照明抑制背景干扰，实现快速获取大尺 寸样本的光学层析图像。但这一方法同样需要对样本成像区域来回扫描三次，以获得结 构光照明显微成像算法重建所需的原始数据，其牺牲了成像速度，而且该种成像方法需 要在条带式成像系统中使用光束调制器件以实现对照明光场的调制，增加了系统的复杂 性；同时，其因采用传统结构光照明显微成像方法，成像质量对调制图案对比度依赖较 大。而且，现有的成像方式无法进行三维成像，故发展一种简单、高效的高通量光学层 析三维成像系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种高通量光学层析三维成像系统，解 决现有技术中三维成像速度慢的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种高通量光学层析三维成像系统， 其特征在于，包括：

光束调制模块，其用于将光束调制成能够在物镜的焦平面聚焦并能够在物镜的离焦 面发散的调制光束，且该调制光束在物镜的焦平面具有不完全相同的调制强度；

成像模块，其用于对调制光束照明下的样本的至少一个表层的至少一个样本条在不 同像素下进行成像；

切除模块，其用于将样本的已成像的表层切除；

解调模块，其用于将一个表层中的一个样本条的样本图像解调形成光学层析图像， 并将每个表层的每个样本条的光学层析图像重建形成三维图像。

与现有技术相比，本发明通过将样本分隔形成至少一个表层，并将至少一个表层分 隔形成至少一个样本条，其可通过对每个样本条的成像而实现对整个样本的成像，当无法进行多层次成像时可通过切除模块将已成像部分切割而实现样本的任意层成像，其成像速度快、效率高。

附图说明