[发明专利]用于在荧光显微成像期间扩展景深的方法和装置

说明书

所公开的实施例涉及一种系统，该系统执行具有扩展景深的显微成像。该系统包括用于保持样本的载物台和用于照射样本的光源，其中光源产生波长在230nm至300nm范围内的紫外光，以促进利用紫外表面激发(MUSE)成像的显微术。该系统还包括成像设备，该成像设备包括放大被照射样本的物镜和捕获放大样本的单个图像的传感器阵列。该系统还包括控制器，该控制器控制成像设备和/或载物台以在单个图像的采集时间期间扫描样本的一系列焦平面。该系统还包括图像处理系统，该图像处理系统使用反卷积技术来处理单个图像，以产生具有扩展景深的最终图像。

发明人：F·弗瑞多尼和R·M·勒文森

相关申请

根据35U.S.C.§119，本申请要求与本申请相同的发明人于2018年1月29日提交的、标题为“用于扩展显微成像的景深的方法”的美国临时申请No.62/623,320的优先权，该美国临时申请的内容通过引用结合于此。

技术领域

所公开的实施例涉及用于执行荧光显微成像的技术。更具体地，所公开的实施例涉及用于增大通过荧光显微成像获得的图像的景深的技术。

背景技术

为了促进在荧光显微镜中的高分辨率，通常使用高数值孔径(NA)镜头来获取图像。令人遗憾的是，高NA透镜的使用极大地限制了显微镜的景深，这意味着只有在极薄的焦平面内的特征才将被聚焦，而不在焦平面内的其他特征将无法聚焦。对于薄切片显微镜载玻片，这通常不是问题，因为安装在载玻片上的组织的几乎平坦的形貌。然而，在对位于显微镜成像平面上的非切片组织成像时，这种有限的景深会成为一个问题。这是由于微观尺度上组织表面粗糙度的程度，这使得几乎不可能使所有重要特征同时聚焦。

研究人员试图通过在获取图像时改变成像设备的焦点(或改变样本与成像设备的距离)，以使得从多个不同的成像平面收集信息，来解决这种有限景深的问题。然后通过反卷积来处理所得到的模糊图像，以产生最终图像，该最终图像在一定景深范围内聚焦。(例如，参见发明人迈克尔E.德莱赛等人于2008年10月28日发表的第7,444,014号、标题为“扩展景深显微术”的美国专利。)令人遗憾的是，这种技术需要大量的计算来确定对象在z维度上的位置，这使得它不适合各种各样的应用。

因此，需要一种在高分辨率荧光显微成像期间扩展景深，而没有现有技术的性能问题的技术。

发明内容

所公开的实施例涉及一种系统，该系统执行具有扩展景深的显微成像。该系统包括用于保持样本的载物台和用于照射样本的光源，其中光源产生波长在230nm至300nm范围内的紫外光，以促进利用紫外表面激发(MUSE)成像的显微术(microscopy)。该系统还包括成像设备，该成像设备包括放大被照射样本的物镜和捕获放大样本的单个图像的传感器阵列。该系统还包括控制器，该控制器控制成像设备和/或载物台以在单个图像的采集时间期间扫描样本的一系列焦平面。该系统还包括图像处理系统，该图像处理系统使用反卷积技术来处理单个图像，以产生具有扩展景深的最终图像。

在一些实施例中，当扫描样本的一系列焦平面时，系统使用可调透镜来改变成像设备的焦点。

在一些实施例中，扫描样本的一系列焦平面涉及移动以下中的一个或多个：样本；物镜；并入成像设备中的管透镜；和传感器阵列。

在一些实施例中，移动样本、物镜、管透镜或传感器中的一个或多个涉及使用以下中的一个或多个：压电致动器；线性致动器；和音圈。

在一些实施例中，捕获样本的单个图像包括：捕获样本的多个图像；和组合多个图像以产生样本的单个图像。

在一些实施例中，处理单个图像包括：将反卷积技术分别应用于利用具有拜耳图案(Bayer pattern)的传感器获取的单个图像的多个颜色平面，以产生多个反卷积的颜色平面；以及组合多个反卷积的颜色平面以产生具有扩展景深的最终图像。