[发明专利]显微镜设备、方法和系统

说明书

NIR激发光的脉冲光束以倾斜角度投射到样本(345)中，并由扫描元件扫描通过样本中的体积。双光子激发能激发样本内的荧光。无论扫描元件的取向如何，荧光都成像到保持静止的中间图像平面上。图像由光检测元件(392)的线性阵列、或矩形阵列的线性部分捕获。在扫描元件的任何给定位置处，线性阵列(或部分)同时对所有深度进行成像。针对扫描元件的多个不同取向中的每一个，捕获多个图像。控制扫描元件的取向以二维模式移动，这使得激发光光束扫掠出样本内的三维体积。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月12日提交的美国临时申请62/421,244的权益，所述申请的全部内容通过引用并入本申请中。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明是在美国国立卫生研究院授予的NS094296、NS076628、NS063226和NS053684资助项的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

背景技术

WO 2015/109323和US 2016/0327779中开发并描述了一种三维成像系统，其被称为扫掠共焦对准平面激发(SCAPE)显微镜术，其中WO 2015/109323和US 2016/0327779的全部内容均通过引用并入本文。SCAPE系统通过扫描激发光并对图像光进行解扫描，在光检测器上以高速形成三维显微图像，使得在每一个瞬间检测到样本的多个深度。

发明内容

在SCAPE的各种实施例中，双光子激发可以提供快速3D成像，使得能够以高分辨率探索活体解剖学。NIR激发光的脉冲光束以倾斜角度投射到样本中，并由扫描元件扫描通过样本中的体积。双光子激发能激发样本内的荧光。无论扫描元件的取向如何，荧光都成像到保持静止的中间图像平面上。图像由光检测元件的线性阵列、或矩形阵列的线性部分捕获。在扫描元件的任何给定位置处，线性阵列(或部分)同时对所有深度进行成像。针对扫描元件的多个不同取向中的每一个，捕获多个图像。控制扫描元件的取向以二维模式移动，这使得激发光光束扫掠出样本内的三维体积。

附图说明

图1显示了根据本文公开的许多实施例的模块化示意图，其体现了用于以高帧速率在深度上分辨图像的一系列设计备选方案。

图2显示了根据所公开主题的一个或多个实施例的采用行扫描和线性检测器进行深度分辨成像的配置。

图3显示了使激发光线扫描通过体积并使用线性阵列同时检测多个深度的实施例。

图4显示了使贝塞尔(Bessel)光束形激发光线扫描通过体积并使用线性阵列同时检测来自多个深度的双光子激发的实施例。

图5A显示了与图4的实施例类似的另一个实施例，但是线性检测器位于不同的位置。

图5B显示了与图5A的实施例类似的另一个实施例，但是线性检测器位于不同的位置并且移除了某些部件。

图6显示了与图4的实施例类似的另一个实施例，但是使用不同的技术来注入激发光光束。

图7显示了与图4的实施例类似的另一个实施例，但是增加了补充的非成像检测器。

以下参考附图对各种实施例进行详细描述，其中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

扫掠共聚对准平面激发(SCAPE)显微镜术是一种用于活生物体中的高速三维显微镜术的技术。SCAPE能够以每秒超过20个体积的速度，对完整的活体样本进行成像，完整的活体样本包括完整的小鼠大脑和自由移动的生物体、诸如黑腹果蝇幼虫和斑马鱼心脏。

SCAPE是介于光片显微镜术和共焦扫描显微镜术之间的混合技术，其克服了这些现有技术的许多局限性。