[发明专利]用于获得对象的超分辨率图像的成像方法和系统

说明书

用于基于光学显微镜(21)获得对象(5)的超分辨率图像(22)的方法，该光学显微镜包括用于支承对象的支撑板(6)、用于将照射光束(14)聚焦到支撑板的目标区域上的照射源(1)、包括传感器矩阵的数码相机(9)，该方法包括：通过数码相机捕捉目标区域的第一图像；从第一图像提取由传感器矩阵的子矩阵(B₀)提供的第一像素值块；通过移动块将支撑板沿着移动轴线移动亚衍射极限距离；通过数码相机捕捉目标区域的第二图像；从第二图像提取由传感器矩阵的子矩阵(B₀)提供的第二像素值块；将所述第一像素值块和所述第二像素值块存储成沿着对应于移动轴线的图像轴线(X，Y)互相紧邻地置于超分辨率图像中的第一像素值块和第二像素值块。

技术领域

本发明总体上涉及使用光学显微镜产生小对象的放大图像的领域。

更具体地，本发明涉及一种用于基于光学显微镜获得对象的超分辨率图像的成像方法，该光学显微镜适于捕捉该对象的图像，所述光学显微镜包括：

用于支承对象的支撑板，

适于产生用于照射对象的照射光束的照射源，

用于将照射光束聚焦到支撑板上的光学元件，位于支撑平面上的对象的当前被聚焦的照射光束照射的部分在下文中被称为目标区域，

包括用于捕捉目标区域的图像的传感器矩阵的数码相机，每个传感器提供相应的像素值，以及

移动块，用于相对于聚焦的照射光束和数码相机沿着彼此垂直的三个轴线x、y、z之中的至少两个移动轴线移动支撑板，其中轴线x和y限定支撑板的平面，所述至少两个移动轴线限定超分辨率图像的两个对应的垂直图像轴线。

背景技术

光学显微镜的分辨率与显微镜显示相邻的细节的能力截然不同。与透镜的瑕疵无关地，光学显微镜的分辨率与透镜的缺陷无关，而受限于光的衍射。

实际上，由于光的衍射，一个点的图像不是一个点，而是呈现为由衍射围绕的模糊斑，称为“艾里斑”或“点扩散函数”。因此，对象的相邻但不同的两个点会有两个斑作为图像点，这两个斑的重叠可阻止对这两个图像点进行区分：进而无法分辨细节。

根据阿贝衍射极限，通过光学显微镜分辨单独的点的极限(被称为衍射极限)表述为其中λ是照射源的波长，NA是光学显微镜的物镜的数值孔径。一般来说，对于可见光波长区域，使用常规物镜可获得的衍射极限的最小值约为150纳米(nm)。

存在已知的处理来产生具有比仅使用衍射受限的光学器件所允许的分辨率更高的分辨率的图像：例如，受激发射损耗显微镜(Stimulated Emission Depletionmicroscopy，STED)、空间结构照明显微镜(Spatially Structured IlluminationMicroscopy，SSIM)、光激活定位显微镜(Photoactivated Localization microscopy，PALM)、随机光学重建显微镜(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy，STORM)。

涉及这种技术的文献是例如WO 2013/153294 A1，或者Klar等人在Proc NatlAcad Sci USA.2000 97，8206-8210上的“具有由受激发射破坏的衍射分辨率屏障的荧光显微镜(Fluorescence microscopy with diffraction resolution barrier broken bystimulated emission)”。

这些技术中共同的思路在于，它们能够分辨例如PALM中的衍射极限之外的细节，这是通过及时地顺序地开启和关闭荧光团使得信号可被连续地记录来实现的。

可惜，这些超分辨率方法需要购买昂贵的光学平台(例如，对于STED来说，超过1百万欧元)和/或进一步需要重大的信号数据后处理，这两项超过了大部分细胞生物学实验室的财力。