CN108489900A - 多视野显微成像系统与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种多视野显微成像系统，包括：升降台，用于带动组织样本垂直升降；旋转台，与所述升降台通过连接架连接，用于带动所述组织样本在竖直平面内绕该旋转台的旋转轴旋转；显微成像组件，与所述旋转台匹配设置，用于采集所述组织样本的显微图像；以及处理器，与所述升降台、所述旋转台和所述显微成像组件连接，用于控制、协调各个部件协同工作。在整个成像过程中，组织样本始终固定于旋转台上，通过不断调整升降台的高度，对组织样本从上到下断层成像，然后再不断调整旋转台的角度，对组织样本进行多视野全方位的成像，多视野成像的图像可以将组织样本不同角度采集的图片融合在一起，从而提高了图像采集的质量。

Description

多视野显微成像系统与方法

技术领域

本公开涉及显微成像技术领域，尤其涉及一种多视野显微成像系统与方法。

背景技术

在大多数科研工作中，获取图像数据是研究的第一步，接下来需要对这些数据进行分析和处理，比如特征提取，特征融合，重建等等。因此，所获取图像的质量决定接下来工作的完成情况。

双光子及光片显微镜是生命科学和基础医学研究中经常用到的显微成像工具。传统的光学仪器在电子、信息等行业的推动下，近二十年来取得了巨大进展，新的仪器和方法不断涌现出来。但是，随着研究的不断深入，生命科学和基础医学研究对光学成像技术有了更高和更新的要求。双光子及光片显微成像系统在各种分子影像技术中属于介观成像方式，成像视野最大可以做到1至2cm，适合对完整的组织进行整体成像，其分辨率可以达到微米级别，可以观察到小鼠脑的微血管网络，并且具有高速成像和低光毒性等特点。

然而，本申请发明人在实现本公开的过程中发现，现有的光片显微镜由于光片本身的厚度较大，在采集数据的过程中容易导致数据丢失；并且在采集的过程中，被测物体往往需要在竖直方向上平移，在平移的过程中，同样容易导致数据丢失，从而使最后获得的图像数据失真，难以进行后续的操作；对于双光子显微镜而言，该类显微镜的探测深度有限，随着成像深度的加深，由于样品组织对光的吸收和散射作用，入射激光功率会呈现指数的衰减，焦点处的信号减弱，非焦点处的噪声增强，从而导致成像的信噪比变差。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种多视野显微成像系统与方法，以缓解现有技术中的显微成像技术在采集图像过程中容易发生数据丢失或由于样品组织对光的吸收和散射作用，导致成像的信噪比变差的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种多视野显微成像系统，包括：升降台，用于带动组织样本垂直升降；旋转台，与所述升降台通过连接架连接，用于带动所述组织样本在竖直平面内绕该旋转台的旋转轴旋转；显微成像组件，与所述旋转台匹配设置，用于采集所述组织样本的显微图像；以及处理器，与所述升降台、所述旋转台和所述显微成像组件连接，用于控制、协调各个部件协同工作。

在本公开的一些实施例中，所述显微成像组件包括：光片显微成像组件，该光片显微成像组件包括：激光器，用于发射激光；光片激发模块，与所述激光器连接，设置于所述旋转台的侧面，用于将所述激光调制为平行光；探测物镜，固定于所述旋转台的上方，用于接收所述平行光照射于所述组织样本上形成的光片层面；以及相机，与所述探测物镜连接，用于记录所述光片层面图像。

在本公开的一些实施例中，其中，所述光片激发模块发出的所述平行光与水平面平行，所述探测物镜与所述平行光垂直设置。

在本公开的一些实施例中，所述光片激发模块包括：准直镜，与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的光束校准为单束平行光；扩束镜，与所述准直镜连接，用于将所述单束平行光扩散为多束平行光；以及柱面镜，与所述扩束镜连接，用于将所述多束平行光汇聚到所述组织样本上。

在本公开的一些实施例中，所述显微成像组件还包括：双光子显微成像组件，该双光子显微成像组件包括：激光器，用于发射激光；双光子激发模块，与所述激光器连接，设置于所述旋转台的上方，用于调制所述激光；探测物镜，固定于所述旋转台的上方，用于接收所述激光激发的图像信息；以及相机，与所述探测物镜连接，用于记录所述图像信息。

在本公开的一些实施例中，所述双光子显微成像组件和所述光片显微成像组件共用同一所述探测物镜与所述相机。

在本公开的一些实施例中，所述双光子激发模块包括：振镜，与所述激光器连接，用于改变所述激光器发出的激光的光束路径；以及透镜，与所述振镜连接，用于汇聚所述激光的光束。

根据本公开的另一个方面，还提供一种多视野显微成像方法，利用本公开提供的多视野显微成像系统实现，包括：步骤A：将组织样本固定在所述旋转台上，系统初始化，开启显微成像组件；步骤B：利用显微成像组件采集初始位置处的显微图像，并进行存储后，利用升降台带动组织样本竖直平移距离n，重复上述采集和平移操作，直至采集并存储所述组织样本的全身图像信息，n≥0.5μm；步骤C：通过旋转台将组织样本旋转x°，重复步骤B，x≥1°；步骤D：重复步骤C，直至采集并存储所述组织样本360°的图像信息。

在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤B中，所述初始位置为所述组织样本的最低点或最高点；所述步骤B中，所述显微图像包括：光片显微图像和双光子显微图像。

在本公开的一些实施例中，其中，x＝90°。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的多视野显微成像系统与方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)在整个成像过程中，组织样本始终固定于旋转台上，通过不断调整升降台的高度，对组织样本从上到下断层成像，然后再不断调整旋转台的角度，对组织样本进行多视野全方位的成像，多视野成像的图像可以将组织样本不同角度采集的图片融合在一起，对于光片显微镜来说，降低了光片厚度以及位移时造成的图像丢失，对于双光子显微镜来说，降低了由于成像深度加深以及组织样本组织对光的吸收和散射作用造成的激光功率的衰减，从而提高了图像采集的质量；

(2)采用多视野显微成像方法抑制了灰度不均匀，改善了图像的轴向和横向分辨率，提高图像质量。

附图说明

图1为本公开实施例多视野显微成像系统的结构示意图。

图2为本公开实施例多视野显微成像方法的逻辑示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100-升降台； 200-旋转台； 300-连接架；

400-显微成像组件； 500-处理器；

410-光片显微成像组件； 420-双光子显微成像组件；

411-激光器； 412-光片激发模块； 413-探测物镜；

414-相机； 421-激光器； 422-双光子激发模块；

423-探测物镜； 424-相机。

具体实施方式

本公开实施例提供的多视野显微成像系统与方法中，通过旋转组织样本，获取组织样本360°的图像信息，减少了因散射或吸收不同造成条状伪影和散射模糊对图像质量的影响，提高了图像质量。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本公开实施例多视野显微成像系统的结构示意图。

根据本公开的一个方面，如图1所示，提供一种多视野显微成像系统，包括：升降台100，用于带动组织样本垂直升降；旋转台200，与升降台100通过连接架300连接，用于带动组织样本在竖直平面内绕该旋转台200的旋转轴旋转；显微成像组件400，与旋转台200匹配设置，用于采集组织样本的显微图像；以及处理器500，与升降台100、旋转台200和显微成像组件400连接，用于控制、协调各个部件协同工作。

由于在整个成像过程中，组织样本始终固定于旋转台200上，通过不断调整升降台100的高度，对组织样本从上到下断层成像，然后再不断调整旋转台200的角度，对组织样本进行多视野全方位的成像，多视野成像的图像可以将组织样本不同角度采集的图片融合在一起，对于光片显微镜来说，降低了光片厚度以及位移时造成的图像丢失，对于双光子显微镜来说，降低了由于成像深度加深以及组织样本组织对光的吸收和散射作用造成的激光功率的衰减，从而提高了图像采集的质量；同时采用多视野显微成像方法抑制了灰度不均匀，改善了图像的轴向和横向分辨率，提高图像质量。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，显微成像组件400包括：光片显微成像组件410，该光片显微成像组件410包括：激光器411，用于发射激光；光片激发模块412，与激光器411连接，设置于旋转台200的侧面，用于将激光调制为平行光；探测物镜413，固定于旋转台200的上方，用于接收平行光照射于组织样本上形成的光片层面；以及相机414，与探测物镜413连接，用于记录光片层面图像。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，其中，光片激发模块412发出的平行光与水平面平行，探测物镜413与平行光垂直设置。

在本公开的一些实施例中，光片激发模块412包括：准直镜，与激光器411连接，用于将激光器411发出的光束校准为单束平行光；扩束镜，与准直镜连接，用于将单束平行光扩散为多束平行光；以及柱面镜，与扩束镜连接，用于将多束平行光汇聚到组织样本上。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，显微成像组件400还包括：双光子显微成像组件420，该双光子显微成像组件420包括：激光器421，用于发射激光；双光子激发模块422，与激光器421连接，设置于旋转台200的上方，用于调制激光；探测物镜423，固定于旋转台200的上方，用于接收激光激发的图像信息；以及相机424，与探测物镜423连接，用于记录图像信息。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，双光子显微成像组件410和光片显微成像组件420共用同一探测物镜413(423)与相机414(424)。

在本公开的一些实施例中，双光子激发模块422包括：振镜，与激光器421连接，用于改变激光器421发出的激光的光束路径；以及透镜，与振镜连接，用于汇聚激光的光束。

根据本公开的另一个方面，如图2所示，还提供一种多视野显微成像方法，包括：步骤A：将组织样本固定在旋转台200上，系统初始化，开启显微成像组件400；步骤B：利用显微成像组件400采集初始位置处的显微图像，并进行存储后，利用升降台100带动组织样本竖直平移距离n，重复上述采集和平移操作，直至采集并存储组织样本的全身图像信息，n≥0.5μm；步骤C：通过旋转台200将组织样本旋转x°，重复步骤B，x≥1°；步骤D：重复步骤C，直至采集并存储组织样本360°的图像信息。

在本公开的一些实施例中，其中：步骤B中，初始位置为组织样本的最低点或最高点；步骤B中，显微图像包括：光片显微图像和双光子显微图像。

在本公开的一些实施例中，其中，其中，x＝90°。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的多视野显微成像系统与方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的多视野显微成像系统与方法通过对组织样本进行多视野全方位的成像，多视野成像的图像可以将组织样本不同角度采集的图片融合在一起，从而提高图像采集的质量。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多视野显微成像系统，包括：

升降台，用于带动组织样本垂直升降；

旋转台，与所述升降台通过连接架连接，用于带动所述组织样本在竖直平面内绕该旋转台的旋转轴旋转；

显微成像组件，与所述旋转台匹配设置，用于采集所述组织样本的显微图像；以及

处理器，与所述升降台、所述旋转台和所述显微成像组件连接，用于控制、协调各个部件协同工作。

2.根据权利要求1所述的多视野显微成像系统，所述显微成像组件包括：光片显微成像组件，该光片显微成像组件包括：

激光器，用于发射激光；

光片激发模块，与所述激光器连接，设置于所述旋转台的侧面，用于将所述激光调制为平行光；

探测物镜，固定于所述旋转台的上方，用于接收所述平行光照射于所述组织样本上形成的光片层面；以及

相机，与所述探测物镜连接，用于记录所述光片层面图像。

3.根据权利要求2所述的多视野显微成像系统，其中，所述光片激发模块发出的所述平行光与水平面平行，所述探测物镜与所述平行光垂直设置。

4.根据权利要求2所述的多视野显微成像系统，所述光片激发模块包括：

准直镜，与所述激光器连接，用于将所述激光器发出的光束校准为单束平行光；

扩束镜，与所述准直镜连接，用于将所述单束平行光扩散为多束平行光；以及

柱面镜，与所述扩束镜连接，用于将所述多束平行光汇聚到所述组织样本上。

5.根据权利要求2所述的多视野显微成像系统，所述显微成像组件还包括：双光子显微成像组件，该双光子显微成像组件包括：

激光器，用于发射激光；

双光子激发模块，与所述激光器连接，设置于所述旋转台的上方，用于调制所述激光；

探测物镜，固定于所述旋转台的上方，用于接收所述激光激发的图像信息；以及

相机，与所述探测物镜连接，用于记录所述图像信息。

6.根据权利要求5所述的多视野显微成像系统，所述双光子显微成像组件和所述光片显微成像组件共用同一所述探测物镜与所述相机。

7.根据权利要求5所述的多视野显微成像系统，所述双光子激发模块包括：

振镜，与所述激光器连接，用于改变所述激光器发出的激光的光束路径；以及

透镜，与所述振镜连接，用于汇聚所述激光的光束。

8.一种多视野显微成像方法，利用如上述权利要求1至7中任一项所述的多视野显微成像系统实现，包括：

步骤A：将组织样本固定在所述旋转台上，系统初始化，开启显微成像组件；

步骤B：利用显微成像组件采集初始位置处的显微图像，并进行存储后，利用升降台带动组织样本竖直平移距离n，重复上述采集和平移操作，直至采集并存储所述组织样本的全身图像信息，n≥0.5μm；

步骤C：通过旋转台将组织样本旋转x°，重复步骤B，x≥1°；

步骤D：重复步骤C，直至采集并存储所述组织样本360°的图像信息。

9.根据权利要求8所述的多视野显微成像方法，其中：

所述步骤B中，所述初始位置为所述组织样本的最低点或最高点；

所述步骤B中，所述显微图像包括：光片显微图像和双光子显微图像。

10.根据权利要求8所述的多视野显微成像方法，其中，x＝90°。