[发明专利]一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置

说明书

一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置属于光学显微测量领域，针对透明薄样品和厚散射样品的不同成像需求，通过不同光源的选取，设计多光子激发成像与普通宽场荧光成像相结合的多模式成像装置，两光源经分束镜的组合可实现多种模式的切换。使用一个固定的微透镜阵列精确控制照明模式和激发点的位置，以生成稀疏的焦点照明，完成对样品的快速扫描，实现透明样品和厚样品的快速双倍分辨率成像，同时提高厚散射样品的图像对比度。此外，在成像系统中引入自适应像差校正单元，减小或消除系统像差，提升多光子成像模式下的成像深度和成像质量。

技术领域

一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置属于光学显微测量领域，主要涉及一种可以实现双光子激发和普通荧光检测的多焦点扫描显微成像装置。具体涉及到一种结合传统宽场成像和双光子成像的多模式阵列型扫描成像装置，具体说是在不同的成像需求下通过半导体激光器和脉冲飞秒激光器分别激发样品荧光，使用一个固定的微透镜阵列精确控制照明模式和激发点的位置，以生成稀疏的焦点照明，实现对样品的快速扫描，并提高成像对比度。同时通过自适应像差校正装置减小系统像差，提高成像质量。

背景技术

近年来，超分辨显微技术在提升图像分辨率和成像速度方面取得了很大的进展，如光激活定位显微镜、随机光学重建显微镜、受激发射损耗显微镜等突破了传统的衍射极限，高分辨率的获取通常带来图像获取速度的下降和样品制备复杂度的增加，例如受激发射损耗显微镜可以提供40nm的分辨率，但需要使用特异性的荧光团，且成像速度慢，约0.1-1Hz，此外还需要提供比传统共焦显微镜高的照明强度，这也限制了长时间观察活体细胞的应用。

一种超分辨显微成像技术为结构光照明显微成像，其分辨率是普通荧光显微镜的两倍，光照强度与宽场显微的光照强度数值相当，且对荧光团的选取没有特异性的要求，因此应用较为广泛。但是结构光照明显微成像技术生成一张图像需要采集多张原始图像，并通过算法对采集到的原始图像进行数字组合，这从根本上限制了其成像的速度。

现有的超分辨显微技术针对的样品多为薄样品，而大多数的生物组织是不透明且具有一定厚度，对于厚样品，在光学切片以外的区域，光学像差和散射的影响会越来越严重，降低了分辨率和信噪比，因此成像分辨率一直难以提升。

目前，本领域技术人员亟待解决的问题为：如何针对不同物体的成像需求设计一种多模式成像系统，保留结构光照明显微成像分辨率提升一倍的优点，同时提高系统成像速率，以满足活体样品的成像需要，并且在成像过程中减小像差，提升图像质量。

发明内容

为解决厚样品散射影响严重、分辨率难以提高，且成像速度较慢的问题，提出了一种结合多光子激发和阵列式多焦点结构光照明的显微成像方法，利用多光子激发成像固有的光学切片功能实现对厚样品的探测，宽场荧光显微可用普通的半导体激光器实现对透明样品的成像，经分束镜的组合实现多种模式的切换。使用一个固定的微透镜阵列精确控制照明模式和激发点的位置，以生成稀疏的焦点照明，实现对样品的快速扫描，可实现快速获取多种类型样品分辨率提升两倍的高质量图像，同时还可以提高厚的散射样品的成像对比度。此外，在成像系统中引入像差校正单元，自适应调整光源聚焦点，减小或消除系统像差，提升多光子成像模式下的成像深度和成像质量。

本发明的目的是这样实现的：

一种结合多光子激发的多模式阵列型扫描成像装置，其特征在于所述装置包括：激发光源单元、光源控制单元、光束变换单元、像差校正单元、多焦点激光扫描单元、荧光信号激发单元、荧光信号探测单元、图像重建单元。

其中：所述激发光源单元包括半导体激光器和脉冲飞秒激光器，通过分束镜可实现两路激光的组合，根据不同样品的成像需求选用不同的激发光源。

所述光源控制单元置于激发光源单元之后，包括光学快门、偏振片、半波片，光学快门可实现光路的开关功能，偏振片和半波片可实现光束的偏振控制和强度控制；