[发明专利]一种提高多光子成像信号强度的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物光子学领域，尤其涉及一种提高多光子成像信号强度的方法及系统。

背景技术

多光子显微成像(即多光子成像)技术能够对活体生物进行非侵入式的深层组织成像，具有亚细胞级分辨率和三维成像能力，主要应用于神经学、胚胎学、肿瘤学等领域的研究人员能够对生物体内或体外组织的形态及生理结构进行可视化成像。

多光子成像技术需要n(n大于等于2，且n为整数)个光子同时激发样品，然后发射出一个荧光光子信号，例如双光子显微成像技术是一种最为常用的多光子成像技术，然而，采用该技术对于均匀标记的活体小鼠脑成像来说其成像深度最深为1mm，这是因为在这该深度焦点处的信号被表面处产生的背景荧光淹没(即其信号背景比等于1)，也就是说在该深度下其信号耗尽了。

目前，大成像深度下的信号耗尽问题限制了最大成像深度。因此，如何进一步增加信号强度以实现进一步提高成像深度一直以来就是业界亟需改进的目标。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种提高多光子成像信号强度的方法及系统，旨在解决现有技术中由于在大成像深度下存在信号耗尽而导致无法进一步提高成像深度的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种提高多光子成像信号强度的方法，包括：

获取多光子成像的信号强度；

在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。

优选的，所述多光子成像包括三光子成像以及四光子成像。

优选的，所述获取多光子成像的信号强度的步骤包括：

利用数值模拟方式，由以下公式计算分别得到所述三光子成像的信号强度和所述四光子成像的信号强度：

其中，S3、S4分别表示所述三光子成像的信号强度和四光子成像的信号强度，表示柱坐标中的光强分布，V表示对体积积分。

优选的，所述在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强度的步骤包括：

在物镜中，在不同类型入射场下保持物镜后的功率恒定，并通过改变物镜填充因子来计算不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布，其中，所述不同类型入射场包括平面波以及高斯光束；

利用不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布来获取平面波的最优填充因子或者高斯光束的最优填充因子；以及

根据不同类型入射场下的最优填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。

优选的，所述平面波的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得到：

所述高斯光束的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得到：

其中，E^inc(α)表示线偏振入射光在焦点附近的强度分布，l_depth表示成像深度，l_e与表示激发光特征衰减长度，β表示物镜填充程度的填充因子，α_max表示积分角上限，α表示光线与光轴的夹角。

另一方面，本发明还提供一种提高多光子成像信号强度的系统，包括：

信号获取模块，用于获取多光子成像的信号强度；

信号增强模块，用于在物镜中，通过改变物镜填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。

优选的，所述多光子成像包括三光子成像以及四光子成像。

优选的，所述信号获取模块，具体用于利用数值模拟方式，由以下公式计算分别得到所述三光子成像的信号强度和所述四光子成像的信号强度：

其中，S3、S4分别表示所述三光子成像的信号强度和四光子成像的信号强度，表示柱坐标中的光强分布，V表示对体积积分。

优选的，所述信号增强模块具体包括：

计算子模块，用于在物镜中，在不同类型入射场下保持物镜后的功率恒定，并通过改变物镜填充因子来计算不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布，其中，所述不同类型入射场包括平面波以及高斯光束；

选择子模块，用于利用不同类型入射场下线偏振入射光在焦点附近的强度分布来获取平面波的最优填充因子或者高斯光束的最优填充因子；以及

增强子模块，用于根据不同类型入射场下的最优填充因子来增强所述多光子成像的信号强度。

优选的，所述平面波的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得到：

所述高斯光束的线偏振入射光在焦点附近的强度分布具体由以下公式计算得到：