[发明专利]用于2D和3D成像的超分辨率光流体显微镜

说明书

相关申请的交叉引用

本文是于2010年3月23日提交的美国临时专利申请第61/316,762号，标题为“用于2D和3D成像的超分辨率光流体显微镜”的非临时申请，并且要求其优先权。该临时申请的全部内容基于所有目的据此以引用方式并入。

本非临时申请涉及到以下共同待决且一般转让的专利申请，其全部内容基于所有目的据此以引用方式并入：

于2009年3月4日提交的美国专利申请第12/398,050号，标题为“使用光电传感器阵列的光流体显微镜设备”。

发明背景

本发明的实施方式一般涉及到光流体显微镜设备（OFM）以及OFM系统。更具体地，某些实施方式涉及到用于亚像素分辨率、二维和三维成像的超分辨率光流体显微镜（SROFM）。

生物医学成像工具的小型化具有极大地改变医疗诊断方法和科学研究方法的潜力。更具体地，便携的、低成本显微镜可以明显地拓展不太昂贵的健康护理诊断，并且提供用于检查和自动表征大量细胞的方法，如Psaltis，D.等人在自然（Nature）（2006）442卷27页s.1.的“通过微流体和光学的融合而发展的光流体技术（Developing optofluidic technology through the fusion of microfluidics and optics）”中所讨论的，其全部内容基于所有目的据此以引用方式并入。

常规的光学显微镜具有庞大的镜片，并且被证实是昂贵且难以小型化的。近来在微流体技术上的发展提供了光流体显微镜（OFM），其被证实是具有由微流体提供的高吞吐量的低成本的便携式设备。常规OFM的实施例可以从Cui，Xiquan等人在国家科学院会议记录（Proceedings of the National Academy of Science）（2008）105卷10670页的“用于秀丽隐杆线虫的无透镜高分辨率芯片光流体显微镜（Lensless high-resolution on-chip optofluidic microscopes for Caenorhabditis elegans and cell imaging）”中找到，其全部内容基于所有目的据此以引用方式并入。然而，常规OFM依赖于孔径阵列或者光传感器阵列，所述阵列斜对地延伸穿过流体通道，以在对象移动穿过阵列时获得图像。因此，常规OFM中的获取时间依赖于对象多久移动穿过阵列。并且，在许多常规的OFM中，图像分辨率是被限制的。

发明简述

本发明的实施方式涉及到用于超分辨率（例如，亚像素分辨率）的、二维和三维成像的SROFM。SROFM包括流体通道和二维光探测器。光探测器以亚像素采样速率采样数据，从而在成像对象移动通过流体通道时捕获投影图像的亚像素移位的帧的序列。可以使用亚像素移位的帧的序列和对象的运动矢量并使用超分辨率算法产生超分辨率的二维图像。可以基于入射光的不同角度，用断层摄影算法从亚像素移位的帧的多个（复合）序列计算超分辨率的三维图像。

一个实施方式针对具有限定具有纵轴的流体通道的主体的SROFM。该主体包括邻近流体通道的表层。表层具有二维光探测器阵列，该阵列被配置为接收通过流体通道的光，并且在对象移动通过流体通道时，采样亚像素移位的投影帧序列。SROFM还包括与二维光探测器阵列进行电子通信的处理器。处理器被配置为使用超分辨率算法，并且基于亚像素移位的投影帧序列和对象的运动矢量产生对象的高分辨率图像。

另一个实施方式针对包括限定具有纵轴的流体通道的主体的SROFM。该主体包括邻近流体通道的表层。SROFM还包括表层中的二维光探测器阵列。二维光探测器阵列被配置为在对象通过流体通道时，接收不同波长的光，并且被配置为采样与不同波长相关联的多个亚像素移位的投影帧序列。在某些情况下，SROFM还具有与二维光探测器阵列电子通信的处理器。处理器被配置为使用超分辨率算法，并且基于多个亚像素移位的投影帧序列和运动矢量产生与不同波长相关联的多个高分辨率图像。在这些实例的一个实例中，处理器还被配置为基于不同波长组合多个高分辨率图像，从而形成对象的彩色高分辨率图像。在这种情况下，处理器还被配置为使用图像识别算法来基于对象的彩色高分辨率图像诊断健康状态或者疾病。

另一个实施方式针对包括限定具有纵轴的流体通道的主体的SROFM。该主体包括邻近流体通道的表层。SROFM还包括表层中的二维光探测器阵列。二维光探测器阵列被配置为在对象通过流体通道时，接收不同入射角的光，并且被配置为采样与不同入射角相关联的多个亚像素移位的投影帧序列。