[发明专利]一种集成光干涉和散射信息分析的显微成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于生物细胞原态显微成像技术领域，具体涉及一种综合接收和分析干涉信息和散射信息的显微成像系统。

背景技术

大部分细胞虽然常常被认为是无色透明的，但是从严格意义上讲，不可能是完全透明的，即不可能是纯相位物体，因此当光透过细胞后，光的振幅和相位都会发生改变，透过细胞的光的振幅和相位都包含了细胞的信息。相位成像检测技术从细胞对入射光波的相位调制量中去获取细胞的信息，而光散射检测技术则是从细胞对入射光的振幅调制量入手得到细胞的信息。因此从理论上说，相位成像检测技术与光散射检测技术研究的是透过细胞的光信息的两个方面，既相互独立又相互联系，互为补充。

现有的大部分相位成像检测技术都是基于干涉法，可实现物体的全场成像，不仅其横向空间分辨率高，一般只受衍射极限的限制，而且其轴向分辨率高，可达亚波长量级，适用于无散射物体或弱散射物体的检测。根据两干涉光(物光波和参考光波)在记录平面是否存在夹角，可以分为同轴式和离轴式。典型的同轴定量相位成像技术包括Gabriel Popescu教授研究小组2004年提出并发展起来的傅立叶相位显微技术(FPM)，由杜克大学Adam Wax教授研究小组提出的平行同轴全息相位显微术，等等，同轴定量相位成像技术具有较好的稳定性，能够抑制一定的相位噪声，但是一般需要多次测量；典型的离轴定量成像技术包括希尔伯特相位显微术(HPM)，衍射相位显微术(DPM)，两步相移双通道干涉等等，此类成像技术成像速度快，但是需要大的CCD空间宽带。近年来，Adam Wax教授提出了轻微离轴干涉(Slightly Off-Axis Interference)，此技术介于离轴干涉与同轴干涉之间，相比离轴干涉需要更小的CCD空间宽带，相比同轴干涉需要更少的测量，优化了空间分辨率。2006年Gabriel Popescu教授研究小组提出衍射相位显微术(DPM)，它结合了离轴光路和共轴光路的优点：具有较好的稳定性和高的采集速率，但是由于光源的原因，衍射相位显微技术(DPM)的图像存在散斑，这将会降低空间相位的敏感度，并限制了其在细胞亚结构研究中的应用，2011年同样是由Gabriel Popescu教授研究小组提出空间光干涉技术(SLIM)采用白光作为光源克服了散斑效应，但是此技术需要为每个定量相位图采集四幅强度图像。之后，2012年Gabriel Popescu研究小组提出用白光作光源的衍射相位显微技术(wDPM)，以及其2014年发表的专利技术US 2014/0085715A1(Diffraction phase microscopy with white light:白光光源的衍射相位显微技术)实现了单次拍摄以及高的时间和空间上的灵敏性。但是以上提及的技术都是获取样品的干涉信息，仅仅可检测透明相位体样品，对样品的亚结构尚存在检测困难。

光散射检测技术一般不需要干涉，直接测量的是散射强度分布、散射能量分 布或光强的衰减等，它提供的信息是测量体积内的平均值，平均化了单个成分对散射的贡献，样品亚结构形态对其散射影响较大，所以在细胞大小测量方面有着重要的应用，如专利技术WO 2014/084957 A1(Optical system,apparatus and method for flow-cytometry:流式细胞仪的光学系统，装置和方法)，但是，此类技术对于细胞形态变化的定量测量，只是从散射方面分析，不涉及干涉信息。 

本发明主要针对上述两类技术存在的不足，发明了可同时接收样品光散射和相位显微信息的装置，应用该装置可根据不同模型和算法计算，最终可得到高精确度的细胞亚结构形态结果。

发明内容

   本发明的目的在于提供一种集成光干涉和散射信息分析的显微成像系统及方法，使之能够综合分析物体的干涉信息和散射信息，更加精确地获得物体的亚结构形态。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：  

一种集成光干涉和散射信息分析的显微成像系统，其特征在于包括：共轴迈克尔孙干涉光路和米劳干涉装置，具体为:

 所述的米劳干涉装置由第三透镜(7)、反光镜(8)、第二分光镜(9)组成；经过所述米劳干涉装置的图像经显微镜(14)放大后，由干涉图像接收器即CCD-2(16)接收为数字相位图像并由计算机(17)进行数值计算和处理；