[发明专利]一种双光子荧光成像方法、系统及图像处理设备

权利要求书

1.一种双光子荧光成像方法，其特征在于，应用于双光子荧光成像系统，所述双光子荧光成像方法包括：

对入射的第一脉冲光束进行波前整形，得到第一光束；其中，所述第一光束在所述双光子荧光成像系统的物镜的焦点处的光场为第一梯度光场，所述第一梯度光场的光强分布沿z轴呈梯度变化，z轴方向为待测样品的深度方向；

通过所述第一光束扫描待测样品，得到第一图像；

对入射的第二脉冲光束进行波前整形，得到第二光束；其中，所述第二光束在所述物镜的焦点处的光场为与所述第一梯度光场的光强分布相反的第二梯度光场；

通过所述第二光束扫描待测样品，得到第二图像；

根据所述第一图像和所述第二图像进行三维数据重建，得到所述待测样品的三维深度图像；

对入射的第一脉冲光束进行波前整形，得到第一光束，包括：

对入射的第一脉冲光束的偏振方向进行旋转，得到预设偏振方向的第一偏振光束；

对所述第一偏振光束进行空间相位调制，得到第一预设相位的第一光束；

对入射的第二脉冲光束进行波前整形，得到第二光束，包括：

对入射的第二脉冲光束的偏振方向进行旋转，得到预设偏振方向的第二偏振光束；

对所述第二偏振光束进行空间相位调制，得到第二预设相位的第二光束；

根据所述第一图像和所述第二图像，对所述待测样品进行三维数据重建，得到所述待测样品的三维深度图像，包括：

分别对所述第一图像和所述第二图像进行最大值归一化处理；

对进行最大值归一化处理后的所述第一图像和所述第二图像进行强度信息提取，得到强度图像；

设置强度阈值对所述强度图像进行强度信息提取，得到有效信息区域；

提取所述有效信息区域的z轴位置信息，得到与所述强度图像的像素大小相同的位置矩阵；

对所述位置矩阵中的z轴位置信息进行排序，并根据排序结果选择取值范围对所述位置矩阵进行归一化处理；

将所述强度图像中的强度信息和进行归一化处理后的所述位置矩阵中的z轴位置信息编码到同一图像中，得到所述待测样品的三维深度图像；其中，所述Z轴位置信息编码为不同颜色，所述强度信息编码为色彩饱和度。

2.如权利要求1所述的双光子荧光成像方法，其特征在于，对入射的第一脉冲光束进行波前整形，得到第一光束之前，包括：

设计光强沿z轴分布的第一焦点；其中，所述第一焦点处的光场为第一梯度光场；

设计光强沿z轴分布的第二焦点；其中，所述第二焦点处的光场为第二梯度光场；

将所述物镜的入瞳分割为预设数量个面积相等的圆环；

将所述预设数量个面积相等的圆环的相位的组合，作为所述入瞳的相位函数；

根据所述入瞳的相位函数，计算每个所述圆环的相位函数对应的焦点处的光场；

利用遗传算法寻找与所述第一梯度光场最相似的光场对应的相位，作为第一预设相位；

利用遗传算法寻找与所述第二梯度光场最相似的光场对应的相位，作为第二预设相位。

3.如权利要求2所述的双光子荧光成像方法，其特征在于，根据所述相位函数，计算每个所述相位函数对应的焦点处的光场的计算公式为：

其中，θ是光线的汇聚角度，P(θ)是入瞳的相位函数，α是θ的最大值，k＝2π/λ是波数，NA为物镜的数值孔径，n为物镜的浸润介质，λ为光线的波长，z是z轴位置信息。