[发明专利]一种基于光片照明的高分辨率四维光场显微成像系统

说明书

本发明公开了一种基于光片照明的高分辨率四维光场显微成像系统，包括光片照明模块、运动控制模块和探测采集模块，其中，光片照明模块用于产生强度可调节、波长可调节、且厚度可调节的高斯光片，从而用于对待观测样本的层析照明；运动控制模块用于实现待观测样本在三维空间中的运动；探测采集模块用于采集来自待观测样本的信号，对待观测样本进行光场探测，并利用图像传感器对采集得到的信号进行记录存储。本发明中给出了综合光片照明与光场探测优点的四维显微成像系统，可有效解决显微成像问题中观测三维活体运动样本的困难，同时在不牺牲空间分辨率的情况下实现高帧率、高时间分辨率。

技术领域

本发明属于显微成像领域，更具体地，涉及一种基于光片照明的高分辨率四维光场显微成像系统，该系统是一种高帧率、高信噪比的三维显微成像系统，尤其适用于运动样本的实时三维观察与成像。

背景技术

光片荧光显微镜是本世纪兴起的一种新型显微成像技术。与传统的荧光显微镜不同，光片荧光显微镜采用层析的照明方式，即照明光源和探测采集相互垂直，利用一种片状的光源从侧面去激发样品的荧光，利用宽场采集照明层的激发的荧光图像，通过扫描获取二维图像序列来重构三维。相比普通的宽场荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜，光片显微镜具有较低的光毒性和光漂白性，较高的轴向分辨率，较快的成像速度。同时，由于抑制了焦外激发，所获得的图像具有更高的信噪比。光片荧光显微镜的这些特点使得对生物组织/生物体的三维、动态观察成为可能，已在生物医学成像领域得到广泛的关注。但由于光片的层析特性，在获取三维图像时需要依靠扫描的方式进行，因此不具有较好的实时性。

光场成像是一种实时三维成像方法。传统的图像采集方式仅记录光线的强度信息，因此通过一张图像只能获得成像系统物面上的信号信息。光场成像通过在探测光路中添加特殊的光学元件，使得在一张图像中不仅保存了光线的强度信息，也同时保存了光线的角度信息，后期通过特殊的图像处理方法，就可以从这一张图像中获取系统物面附近一定区域内所有的信号信息。由于光场成像具有实时三维成像的特点，常用于对时间分辨率有要求的三维成像场景。但高时间分辨率的特点，注定导致相对于传统的成像系统，光场成像的空间分辨率在一定程度上受到了牺牲。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于光片照明的高分辨率四维光场显微成像系统，其中通过对构成四维光场显微成像系统的各个功能模块(尤其是光片照明模块及探测采集模块)所采用的细节组件及它们的配合工作方式等进行改进，得到同时结合光片照明与光场探测优点的四维显微成像系统，可有效解决显微成像问题中观测三维活体运动样本的困难，同时在不牺牲空间分辨率的情况下实现高帧率、高时间分辨率。并且，本发明同时具有光场探测和正常探测两种模式，具有结构紧凑，易于搭建，实现成本低，图像质量高等特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于光片照明的高分辨率四维光场显微成像系统，其特征在于，包括光片照明模块、运动控制模块和探测采集模块，其中，

所述光片照明模块用于产生强度可调节、波长可调节、且厚度可调节的高斯光片，从而用于对待观测样本的层析照明；

所述运动控制模块用于实现所述待观测样本在三维空间中的运动，从而实现对所述待观测样本不同位置的光片照明和探测采集；

所述探测采集模块用于采集来自所述待观测样本的信号，对所述待观测样本进行光场探测，并利用图像传感器对采集得到的信号进行记录存储，该光场探测具体用于采集四维光场图像数据。

作为本发明的进一步优选，所述探测采集模块还用于对所述待观测样本进行宽场探测，并同样利用图像传感器对采集得到的信号进行记录存储；所述宽场探测具体是用于采集普通的光片成像荧光数据。