[发明专利]基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置，所述宽视场层析成像方法包括如下步骤：S1：发出超短脉冲的初始光束；S2：初始光束被分解得到分解光束；S3：将分解光束射向调制器，调制的不同的调制单元对应的分解光束中的频率分量不同；S4：将从调制器射出的光束射向测量装置，测量装置测得在焦面处的波前信息；S5：提取出各频率分量的最优相位值，将该最优相位值反馈至调制器，使不同的调制单元以不同的速率增加其相位；S6：重复循环从S4到S5的过程，直至测量装置测得在焦面处的波前信息达到预定状态。根据本发明实施例的基于自适应光学的宽视场层析成像方法实现了高速、精准测量并补偿相位畸变。

技术领域

本发明涉及光学显微领域，尤其涉及一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法及装置。

背景技术

光学显微成像技术广泛应用于微观结构成像和生物动态信号探测。现有的光学显微镜中，普通宽场单光子荧光显微镜具有光漂白严重、背景荧光强、不具备层析能力等缺点；光片显微成像通过将激发与探测置于垂直的两个方向，降低了光漂白，在透明样本中实现了层析成像，但其无法应用于具有强散射特性的生物样本；共聚焦点扫描成像通过引入共焦针孔在一定范围内抑制了背景荧光，提高了穿透深度，但是受限于扫描器件的机械惯性，时间分辨率较低。此外，多光子点扫描成像系统采用长波长激发，提高了穿透深度，但是其时间分辨率无法满足生物医学研究的需求。

为了实现宽视场层析成像，人们发展了时空聚焦技术。该方法的原理是采用色散元件对飞秒脉冲激光在空间上色散展开，使能量分散，再在焦面处实现会聚，从而基于非线性光学效应实现宽视场层析。时空聚焦技术实现了宽场激发并保留了层析能力，提高了时间分辨率，对比普通宽场显微镜和点扫描显微镜来说均具有优势。

但是，在实际生物光学成像中，考虑到生物组织的各向异性及非均匀性，光在组织中传输时将经历随机折射与散射，使得聚焦质量下降，降低了时空聚焦技术的轴向分辨率及穿透深度。具体的，在时空聚焦技术中，不同波长分量将经历不同光路到达焦面，故而将经历不同的组织折射与散射，再加上组织折射、散射对于脉冲光的不同波长分量有不同的影响，因此在焦面处能量无法完全会聚，导致激发效率下降，降低了轴向分辨率及穿透深度。因此补偿这些畸变，是十分必要的。

为此，人们提出了基于自适应光学的时空聚焦技术，通过测量不同波长分量经历的相位畸变并进行预补偿，提高了成像质量。但是，该方法对畸变的相位采用贪婪法搜索并补充，速度慢、容易陷入局部最小值，仅仅可以补偿低阶的畸变模式。但是超短脉冲在生物组织传播过程中会受到随机折射与散射的影响，最终在聚焦面处峰值强度下降，降低轴向分辨率及穿透深度；另一方面，在时空聚焦技术中，不同波长分量到达聚焦面的路径不同，考虑到组织各向异性及非均匀性，激发光经历的相位畸变更加不容忽略。现有的方便并不能满足相位畸变的补偿。如何提供一种适用于宽视场层析成像的高速、精确测量相位畸变的自适应光学技术成为当前的重大挑战。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于自适应光学的宽视场层析成像方法，所述宽视场层析成像方法能够实现宽视场层析成像的相位畸变的精准测量和补偿。

本发明还旨在提出一种基于自适应光学的宽视场层析成像装置。

根据基于自适应光学的宽视场层析成像方法，包括如下步骤：

S1：发出超短脉冲的初始光束，所述初始光束为偏振光束；

S2：对所述初始光束进行分解得到分解光束，所述分解光束在空间中各个频率分量分离；

S3：将所述分解光束射向调制器，所述调制器具有多个调制单元，不同的所述调制单元对应的所述分解光束中的频率分量不同；

S4：将从所述调制器射出的光束射向测量装置，所述测量装置测得在焦面处的波前信息；