[发明专利]光谱显微成像方法及系统

说明书

本发明涉及快照式光谱显微成像方法及系统，为提出无损快照式的光谱显微成像技术，实时追踪或抓拍活体的物质结构或成分图像。为此，本发明采用的技术方案是，光谱显微成像系统，由前置光学系统成像部分、中转镜、像切分器、成像镜组、成像光谱仪和光谱图像融合重建模块组成，待测物被前置光学系统成像，通过中转镜耦合到像切分器上，经过像切分器的切割及反射到达成像镜组，成像镜组将切割后的子图像整合成规律性排列在成像光谱仪狭缝入口处，最后经过光谱图像融合重建模块获得完整的三维数据组。本发明主要应用于快照式光谱显微成像场合。

技术领域

本发明涉及一种快照式光谱显微成像方法及系统，尤其是可一次曝光即获得全部光谱图像的光谱显微成像方法及系统。具体讲,涉及光谱显微成像方法及系统。

背景技术

现代的生命科学研究中，显微光谱仪是必不可少的工具。然而现有的显微光谱仪多为扫描式，比如多光谱激光共聚焦显微成像、基于声光可调谐滤波器(Acousto-opticTunable Filter，AOTF)，显微干涉偏振成像光谱仪和液晶可调谐滤波器(Liquid CrystalTunable Filters，LCTF)。多光谱激光共聚焦显微成像法是在光谱谱面处设置两个可移动狭缝片形成出射狭缝，同时两个步进电机带动安装其上的两个狭缝片内进行扫描，获得在整个工作波长内的光谱图像，另一方面激发光具有光毒性，长时间照射活体样本会损伤其活性，甚至使细胞凋亡，受激荧光随时间推移会逐步减弱乃至消失，即光漂泊。光毒性和光漂白的客观存在，限制了对活体样本的观察时间。而空间扫描的速度受限于扫描装置的推进快慢，对于波长扫描，虽然AOTF的波长切换速度已经可以达到纳秒级别，但是因为显微镜的弱光环境，单波长成像积分时间长，要获得波长维度为n的数据立方需要曝光n次。LCTF成像类似于物体或场景图像的叠加，通过拍摄同一物体在不同波段上的图像，通过对获取的图像进行分析，便可得知图像立方体中的每个像素点的光谱信息。扫描式光谱仪无法捕捉到活体细胞的完整光谱信息，在实时扫描方面存在着无法逾越的障碍。

为解决这一问题，需要有一种无损快照式的光谱显微成像技术，实时追踪或抓拍活体的物质结构或成分图像。而现有的快照式光谱装置，如计算层析成像光谱技术(Computed Tomography Imaging Spectrometer，CTIS)，图像复制成像光谱仪(Image-Replicating Imaging Spectrometer，IRIS)以及编码孔径快照光谱成像技术(CodedAperture Snapshot Spectral Imaging,CASSI)等快照式光谱仪。CTIS先利用成像系统记录数据立方体在不同方向上的投影图像，然后由这些投影图像重建目标的三维数据立方。它只能用有限个投影来重建，存在“失锥”问题，另外，当投影图不规则时定标困难，且重建算法计算量大。。CASSI根据压缩传感理论，利用编码孔径和色散介质调制场景的光场，一个探测器获取三维数据体的二维多路投影，通过压缩采样和稀松重构算法估算数据体。与CTIS一样，它的图像复原计算十分复杂。

现有的一种基于Integral Field Spectrometry(IFU)的Snapshot ImageMapping Spectrometer(IMS)系统通过对微切分阵列显微镜所成图像进行切分，再色散获取光谱信息及空间信息，但在装置中引入大量透镜，不可避免的在装置中产生色差，和光能量的损失等问题，同时该装置由于切割部分采用平面镜，而导致集成度不高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出。本发明采用的技术方案是，光谱显微成像系统，由前置光学系统成像部分、中转镜、像切分器、成像镜组、成像光谱仪和光谱图像融合重建模块组成，待测物被前置光学系统成像，通过中转镜耦合到像切分器上，经过像切分器的切割及反射到达成像镜组，成像镜组将切割后的子图像整合成规律性排列在成像光谱仪狭缝入口处，最后经过光谱图像融合重建模块获得完整的三维数据组。

所述的前置光学系统为生物显微镜，所述的中转镜，为消色差透镜、消色差透镜阵列或光纤。