[发明专利]景深3D成像空间光调制器显微镜

说明书

技术领域

本公开总体上涉及显微镜学，更具体地，涉及利用结构光照射进行扩展景深(“DOF”)成像的示例性系统、方法和计算机可接入介质。

背景技术

由于分子探针的种类越来越丰富，对生态系统中局部环境功能特点的动态测量可被编码成光信号的时间调制。实例包括钙成像中神经元动作电位的荧光编码(参见，例如参考文献1和2)、Ph敏感度(参见，例如参考文献3)以及电压敏感度(参见，例如参考文献4)。现有成像和传感方法遇到的常见问题可包括光毒性/光漂白趋势、时间或空间分辨率不足、嵌入高度散射的材料中时信号丢失、以及缺少高帧频三维成像解决方案。

神经系统科学范围内的光学系统规范的示例性基准可包括老鼠皮层内神经元的皮质柱。对于网络神经元活性的细胞间通讯的研究可得益于快速的、基于体积的数据采集。空间域规范可包括～1mm³的成像体积，同时保持辨析单个细胞胞体(例如～10μm)所需的分辨率。辨析与动作电位相关的钙瞬变的空间域规范可包括大于30Hz时的基于体积的数据采集。虽然有很多技术已进行了获得光学解决方案的尝试(参见，例如参考文献5、6、7、8、9、10、11、12和13)，但目前尚没有对于这种类型成像的光学解决方案。

因此，提供一种示例性光学系统是有益的，该系统可以(1)利用定向的照明图案减少照片曝光，(2)通过打破时间与空间分辨率之间的权衡增大时间分辨率，(3)利用双光子照明在散射介质中成像，以及(4)对整个样本的许多空间位置发出的光信号提供同时测定，该系统能够克服至少一些上文所述的问题。

发明内容

本公开的这些和其他目的可通过提供用于生成样本一部分(多个部分)的至少一个图像的示例性系统、方法和计算可接入介质实现。

为了达到这一目标，可能提供可利用空间光调制器(SLM)显微镜技术的系统、方法和计算机可接入介质，所述空间光调制器显微镜技术可自定义显微镜的样本照明图案以从位于样本内的多个目标同时获取信息。一种示例性SLM显微镜装置可用于通过使用例如扩展景深计算成像系统对处于例如任意3D坐标上的目标位置成像。多位点三维定位和传感可在透明介质和散射介质中使用。

根据本公开示例性实施例，所述系统、方法和计算机可接入介质可利用例如计算机硬盘装置。使用这种示例性装置，有可能接收到与电磁辐射(多种电磁辐射)有关的信息，所述电磁辐射在被样本的一部分(多个部分)修正之后可被光学寻址(例如，衍射)装置修正。至少一个用户或计算机硬盘装置的计算机指令可通过使用光学寻址(例如，衍射)装置将样本至少一部分中的至少一个明确确定为目标。

例如，可根据信息生成一个图像(多个图像)。衍射装置可以是波前修正装置，并且可以被构造成调制电磁辐射(多种电磁辐射)的相位或振幅。当衍射装置发出电磁辐射(多种电磁辐射)时，电磁辐射(多种电磁辐射)可以具有明确的三维结构，电磁辐射可以是非环境光。图像可以至少接近于是轴向不变的，基本无损，并且可以不具有散焦模糊。

在本公开的一些示例性实施例中，当电磁辐射(多种电磁辐射)与样本的一部分(多个部分)相交时，电磁辐射(多种电磁辐射)可具有薄片形状。当电磁辐射在样本的这个部分(多个部分)内时，电磁辐射还可具有聚焦光束形状或者与样本的这部分(多个部分)一致的形状。空间光调制装置可使用三维照明图案(多个图案)生成信息。根据本公开的某些示例性实施例，光源(例如，双光子光源)可产生被提供给样本的源辐射，源辐射可与电磁辐射(多种电磁辐射)相关。所述信息还可涉及其他先前将样本的这个部分(多个部分)作为目标的可动态配置的衍射装置。

在本公开的一些实施例中，源装置可通过照明具有电磁辐射的样本来产生光，所述电磁辐射可以是非线性激发辐射。照明可以是动态的、时间控制的和/或空间控制的。源装置可根据样本的先验知识照明样本，样本的先验知识可包括样本的用于照明的特定斑点或样本上用于照明的许多斑点。所述先验知识还可以基于样本的先前照明。

根据本公开的另一个示例性实施例，可提供一种生成样本一部分(多个部分)的一个图像(多个图像)的系统，该系统可包括源装置、可接收来自源装置的电磁辐射(多种电磁辐射)并在样本上生成照明图案的空间光调制装置。可提供一种波前修正装置，该装置被配置为可根据照明图案接收来自样本的返回辐射并可提供另一种辐射的。可提供一种成像装置，该装置可基于从波前修正装置接收到的所述另一种辐射生成一个图像(多个图像)。