[发明专利]一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微方法，当用激发光扫描物体的某一点时，用探测器阵列记录到该点在像面上成的艾里斑的光强信息，通过对其加载不同的数字图样可对该阵列信息进行虚拟波矢调制，再将阵列的所有点光强相加作为该扫描点的图像信息；原本被成像系统带宽所截止的样品信息的高频成分被编码于调制后的图像信息中；对样品二维扫描后，得到物体经过虚拟波矢调制后的图像；然后通过迭代算法从调制后的图像中重构出物体的超分辨图像。本发明还公开了一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微装置。本发明采用探测器阵列，通过虚拟波矢调制的方法除了可获得同等的背景噪声的抑制效果，还可获得了更高的横向分辨率。

主权项

1.一种基于虚拟波矢调制的荧光超分辨显微方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用激发光束对荧光样品进行激发，并通过探测器阵列收集所激发荧光的光强信息；2)用余弦分布的数字图样对探测到的光强信息进行虚拟波矢调制，再将调制后的强度信息相加作为样品扫描点的图像信息；所述数字图样的表达式为：式中，r为样品的空间坐标，n表示不同数字图样的编号，kp(n)为第n张余弦分布的数字图样的空间频率；3)对荧光样品进行二维扫描，得到一幅经过虚拟波矢调制的样品图像；4)重复步骤2)和步骤3)中的操作，并采用具有不同空间频率的余弦分布的数字图样调制所述的光强信息，得到含有样品不同频谱成分的图像；5)利用迭代算法将所述图像中样品的高频信息解调出来，以重构样品的二维超分辨图像；所述迭代算法的具体过程如下：令样品的初始图像为初始的激发光光路系统的光学传递函数为OTF⁽⁰⁾(k)，使用第n张经虚拟波矢调制后的图像光强信息I_m⁽ⁿ⁾(r)进行第n次迭代后的图像更新为复原出来的激发光路系统的光学传递函数为OTF⁽ⁿ⁾(k)；使用第n张经虚拟波矢调制后的物体图像强度为I_m⁽ⁿ⁾(r)，用I_m⁽ⁿ⁾(r)的频谱更新经调制的物体频谱式中，表示使用I_m^(n‑1)(r)更新后的经调制的物体频谱，OTF^(n‑1)(k)表示使用I_m^(n‑1)(r)更新后的激发光路光学传递函数，Mask(k)表示低通滤波器，用来阻挡高频噪声；使用的空域分布和的空域分布来更新物体的空间信息：式中，p⁽ⁿ⁾(r)表示第n张数字图样的强度分布，表示卷积，h_de(r)表示探测光路的点扩散函数，I_op⁽ⁿ⁾(r)表示经第n张数字图样调制的样品强度，I_obj^(n‑1)(r)表示经I_m^(n‑1)(r)更新后的物体空间信息；同时，激发系统的OTF也被更新为式中，δ为归一化常数，max{·}表示二维矩阵的最大值，定义连续两次迭代出的图像的均方根误差来衡量算法的收敛性。