[发明专利]一种结构化照明的光切片荧光显微成像方法和装置

权利要求书

1.一种结构化照明的光切片荧光显微成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)激光经过扩束准直后，转换为径向偏振光，所述径向偏振光经过相位调制和衍射形成一组沿X向排列的照明图案，并沿Y向投射到荧光样品上激发荧光；所述相位调制的调制函数为

其中，(r,θ)表示光束上某点的极坐标，r为该点与光轴的距离，θ为光束垂直于光轴剖面位置极坐标矢量与激光出射光轴的夹角；r₂/r₁＝0.45；

2)从Z向收集所述的荧光，得到Z向位置的光强分布图像；

3)沿X向移动所述照明图案，在移动过程中，从Z向收集荧光得到多幅光强分布图像，处理后得到Z向的二维图像；每个轴向位置的二维成像结果，都是N幅原始图像经过数字处理后得到的，N≥3，处理公式为

其中，i表示虚数单位；j＝0，1，…，N-1；I_j表示在Z向位置收集荧光得到的原始光强分布图；N是在该Z向位置收集的原始图像的数量；

4)以固定的步长沿Z向移动所述荧光样品，重复步骤3)得到样品在每个Z向位置处的一组光强分布图像，对多组光强分布图像进行处理得到多个Z向位置处的二维图像；

5)对多个Z向位置处的二维图像进行三维重构，实现对样品的三维成像；

其中，X向是垂直于照明光轴和检测光轴的方向，Y向是沿着照明光轴的方向，Z向是沿着检测光轴的方向。

2.根据权利要求1所述的光切片荧光显微成像方法，其特征在于：

所述的Z向、X向和Y向两两相互垂直，构成三维直角坐标系。

3.根据权利要求1所述的光切片荧光显微成像方法，其特征在于：

步骤3)中至少收集三张光强分布图像。

4.一种结构化照明的光切片荧光显微成像装置，包括光源、承载荧光样品的样品台和检测荧光样品发出荧光的检测系统；其特征在于：

所述光源和样品台间设有沿光路依次布置的：将光束变为径向偏振光的偏振片和径向偏振转换器；对径向偏振光进行相位调制的相位掩模板；对调制后的光束进行衍射的衍射光栅；以及移动荧光样品上照明图案的振镜；

由所述振镜出射的光束从Y向照射到荧光样品上，所述检测系统从Z向收集荧光；

还包括一处理器，用于控制所述振镜从X向移动所述照明图案和控制样品台在Z向移动，并对所述检测系统收集的光强分布图像进行处理和重构，生成样品的三维图像；

其中，X向是垂直于照明光轴和检测光轴的方向，Y向是沿着照明光轴的方向，Z向是沿着检测光轴的方向；

所述的相位掩模板对径向偏振光进行相位调制的调制函数为

其中，(r,θ)表示光束上某点的极坐标，r为该点与光轴的距离，θ为光束垂直于光轴剖面位置极坐标矢量与激光出射光轴的夹角；r₂/r₁＝0.45。

5.根据权利要求4所述的光切片荧光显微成像装置，其特征在于：

所述的光源与所述的偏振片之间设有将激光光束进行滤波单模光纤和对光束进行扩束准直的准直透镜；

所述的衍射光栅和所述的振镜之间设有对衍射后的光束进行聚焦的第一凸透镜以及对光束进行准直的第二凸透镜。

6.根据权利要求4所述的光切片荧光显微成像装置，其特征在于：

所述的振镜和所述的样品台之间依次设有对振镜反射后的光束进行聚焦的扫描透镜、对光束进行准直的场镜以及靠近所述样品台的照明物镜；

所述的检测系统包括沿Z向依次布置的检测物镜、滤光片、管透镜和CCD相机。

7.根据权利要求6所述的光切片荧光显微成像装置，其特征在于：

所述的照明物镜的孔径NA为0.3；所述的检测物镜的孔径NA为1.1。