CN220626208U - 一种寻址扫描超分辨显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种寻址扫描超分辨显微成像系统，包括：第一激光器、声光偏转器、扫描透镜、第一二向色镜、物镜、第二激光器、第二二向色镜、数据采集卡、图像探测器与控制器。本实用新型通过图像探测器采集宽场荧光图像后发送至控制器，通过控制器在宽场荧光图像上选取需要进行超分辨成像的一个或多个感兴趣区域并生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列，其后控制声光偏转器对感兴趣的区域进行扫描，并同步控制图像探测器采集每一幅感兴趣区域对应的多焦点荧光图像，最后将采集到的多焦点荧光图像序列进行重构处理即可得到感兴趣区域的超分辨图像，从而可以以寻址扫描的方式快速实现对任意数量感兴趣区域的超分辨显微成像。

Description

一种寻址扫描超分辨显微成像系统

技术领域

本实用新型涉及显微成像技术领域，尤其涉及的是一种寻址扫描超分辨显微成像系统。

背景技术

光学显微镜，特别是荧光显微镜，在生命科学和生物医学领域中应用广泛。但是受到光学元件有限孔径对光波的衍射影响，光学显微镜的分辨率存在一个极限，一般为250－300nm。结构光照明显微镜(StructuredIllumination Microscopy，SIM)利用余弦条纹将原本不能通过系统的高频信息平移到可观察的频率范围内来实现超分辨成像，可以实现2倍的分辨率提升。但SIM的成像深度差，没有办法对较厚的样品进行三维成像。基于点扫描成像方式的图像扫描显微技术(Image Scanning Microscopy，ISM)解决了SIM成像深度差的问题，但单点扫描导致成像速度很慢。多焦点结构光照明显微成像技术(MultifocalMtructured Illumination Microscopy，MSIM)采用并行激发的模式，在ISM的基础上提高了成像速度，但是在对厚样品成像时，样品的散射和离焦背景对成像结果有较大影响。双光子多焦点结构光照明显微镜(2P－MSIM)利用双光子显微镜具有的光学层析能力和大深度成像优势，使MSIM的成像性能得到进一步提升，在实现2倍于宽场显微镜分辨率提升的基础上能够对厚样品进行三维成像，同时其激发光源采用近红外波段的飞秒激光，可将对活细胞的损伤降到最小。

然而，传统采用微透镜阵列和扫描振镜来实现双光子激发阵列产生和扫描的2P－MSIM灵活性差且存在机械惯性，会导致重构图像存在伪影。而采用高速相位型空间光调制器(Space Light Modulator，SLM)的2P－MSIM虽然可以避免机械惯性和伪影，但受限于SLM的刷新速度依然存在成像速度慢的问题。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种寻址扫描超分辨显微成像系统，以解决现有双光子多焦点结构光照明显微镜存在的机械惯性、成像速度慢的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种寻址扫描超分辨显微成像系统，其包括：第一激光器、声光偏转器、扫描透镜、第一二向色镜、物镜、第二激光器、第二二向色镜、数据采集卡、图像探测器与控制器；其中，

所述第一激光器位于所述声光偏转器一侧，所述声光偏转器、所述扫描透镜与所述第一二向色镜依次设置，所述物镜位于所述第一二向色镜上方；所述第二激光器位于所述第二二向色镜一侧，所述第二二向色镜位于所述第一二向色镜下方；

所述第一激光器产生的脉冲激光经所述声光偏转器、所述扫描透镜、所述第一二向色镜与所述物镜聚焦在样品上形成点激发；

所述第二激光器产生的连续激光经所述第二二向色镜、所述第一二向色镜与所述物镜后在样品上进行宽场照明和激发；

所述数据采集卡分别与所述声光偏转器以及所述图像探测器连接，用于输出数字信号至所述声光偏转器以调整脉冲激光会聚在样品上的位置，并输出模拟信号至所述图像探测器以使所述图像探测器采集感兴趣区域对应的荧光图像；

所述图像探测器位于所述第二二向色镜下方并分别与所述数据采集卡以及所述控制器连接，用于采集样品的宽场荧光图像，并采集所述宽场荧光图像上的感兴趣区域对应的多焦点荧光图像以得到多焦点荧光图像序列；

所述控制器分别与所述数据采集卡以及所述图像探测器连接，用于控制所述数据采集卡输出数字信号与模拟信号，并根据所述宽场荧光图像选取进行超分辨成像的至少一个感兴趣区域，根据选取的感兴趣区域的外接矩形的起始点坐标信息与矩形区域大小生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列，以及对所述图像探测器采集的荧光图像序列进行重构处理以得到样品中感兴趣区域的超分辨图像。

本实用新型的进一步设置，还包括：第一半波片、第二半波片、偏振分束棱镜与第一扩束整形透镜对；其中，

所述第一半波片与所述第二半波片以及所述偏振分束棱镜设置在所述第一激光器的出光方向；所述第一扩束整形透镜对位于所述偏振分束棱镜的出光方向；

所述第一激光器产生的脉冲激光经所述第一半波片、所述第二半波片后，再经所述偏振分束棱镜反射后到所述第一扩束整形透镜对进行扩束整形。

本实用新型的进一步设置，还包括：色散补偿棱镜与反射镜；其中，

所述色散补偿棱镜设置在所述第一扩束整形透镜对的出光方向上，用于对扩束整形后的脉冲激光进行色散补偿；

所述反射镜位于所述色散补偿棱镜一侧，用于将色散补偿后的激光脉冲反射至所述声光偏转器。

本实用新型的进一步设置，还包括：第一管镜；所述第一管镜设置在所述扫描透镜一侧，用于使脉冲激光以平行光的形式入射至所述第一二向色镜。

本实用新型的进一步设置，还包括：第二扩束整形透镜对与第二管镜；其中，

所述第二扩束整形透镜对设置在所述第二激光器的出光方向上，用于对所述第二激光器输出的连续激光进行扩束整形；

所述第二管镜设置在所述第二扩束整形透镜对的出光方向上，用于使扩束整形后的连续激光以平行光的形式入射至所述第二二向色镜。

本实用新型的进一步设置，还包括：发射滤光片与成像透镜；其中，

所述发射滤光片位于所述第二二向色镜下方；

所述成像透镜位于所述发射滤光片与所述图像探测器之间；

被激发的样品发出的荧光信号经过所述物镜收集，并经所述第二二向色镜与所述发射滤光片滤除串扰信号后，再经所述成像透镜传输至所述图像探测器。

本实用新型的进一步设置，所述第一激光器为飞秒脉冲激光器；所述第二激光器为连续光激光器。

本实用新型的进一步设置，所述图像探测器为CCD相机或CMOS相机。

本实用新型的进一步设置，还包括：载物台；所述载物台位于所述物镜上方，所述样品置于所述载物台上。

本实用新型的进一步设置，还包括：电动滤光轮；所述电动滤光轮位于所述第二激光器与所述第二扩束整形透镜对之间。

本实用新型所提供的一种寻址扫描超分辨显微成像系统，其包括：第一激光器、声光偏转器、扫描透镜、第一二向色镜、物镜、第二激光器、第二二向色镜、数据采集卡、图像探测器与控制器。所述第一激光器产生的脉冲激光经所述声光偏转器、所述扫描透镜、所述第一二向色镜与所述物镜聚焦在样品上形成点激发；所述第二激光器产生的连续激光经所述第二二向色镜、所述第一二向色镜与所述物镜后在样品上进行宽场照明和激发；所述数据采集卡分别与所述声光偏转器以及所述图像探测器连接，用于输出数字信号至所述声光偏转器以调整脉冲激光会聚在样品上的位置，并输出模拟信号至所述图像探测器以使所述图像探测器采集感兴趣区域对应的多焦点荧光图像以得到多焦点荧光图像序列；所述图像探测器位于所述第二二向色镜下方并分别与所述数据采集卡以及所述控制器连接，用于采集样品的宽场荧光图像，并采集所述宽场荧光图像上的感兴趣区域对应的多焦点荧光图像以得到多焦点荧光图像序列；所述控制器分别与所述数据采集卡以及所述图像探测器连接，用于控制所述数据采集卡输出数字信号与模拟信号，并根据所述宽场荧光图像选取进行超分辨成像的至少一个感兴趣区域，根据选取的感兴趣区域的外接矩形的起始点坐标信息与矩形区域大小生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列，以及对所述图像探测器采集的多焦点荧光图像序列进行重构处理以得到样品中感兴趣区域的超分辨图像。本实用新型通过图像探测器采集宽场荧光图像后发送至控制器，通过控制器在宽场荧光图像上选取需要进行超分辨成像的一个或多个感兴趣区域并生成扫描点阵，其后控制声光偏转器对感兴趣的区域进行扫描，并同步控制图像探测器采集每一幅感兴趣区域对应的多焦点荧光图像，最后将采集到的多焦点荧光图像序列进行重构处理即可得到感兴趣区域的超分辨图像，从而可以以寻址扫描的方式快速实现对任意数量感兴趣区域的超分辨显微成像，且不会存在机械惯性，使得重构得到的超分辨图像不会存在伪影。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型寻址扫描超分辨显微成像系统中控制器、数据采集卡、图像探测器与声光偏转器的电连接示意图。

图2是本实用新型寻址扫描超分辨显微成像系统中的光学原理图。

图3是本实用新型数据采集卡输出的数字信号与模拟信号的同步控制原理图。

附图标记说明：100、控制器；200、数据采集卡；300、图像探测器；400、物镜；500、载物台；Laser1、第一激光器；HWP、第一半波片；plate、第二半波片；PBS、偏振分束棱镜；Lens1、第一扩束整形透镜对；Prism、色散补偿棱镜；Mirror、反射镜；AOD、声光偏转器；SL、扫描透镜；TL1、第一管镜；DM1、第一二向色镜；Laser2、第一激光器；Lens2、第二扩束整形透镜对；TL2、第二管镜；DM2、第二二向色镜；EF、发射滤光片；IL、成像透镜。

具体实施方式

本实用新型提供一种寻址扫描超分辨显微成像系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图3，本实用新型提供了一种寻址扫描超分辨显微成像系统的较佳实施例。

如图1与图2所示，本发明提供的一种寻址扫描超分辨显微成像系统，其包括：第一激光器Laser1、声光偏转器AOD、扫描透镜SL、第一二向色镜DM1、物镜400、第二激光器Laser2、第二二向色镜DM2、数据采集卡200、图像探测器300与控制器100。其中，所述第一激光器Laser1位于所述声光偏转器AOD一侧，所述声光偏转器AOD、所述扫描透镜SL与所述第一二向色镜DM1依次设置，所述物镜400位于所述第一二向色镜DM1上方；所述第二激光器Laser2位于所述第二二向色镜DM2一侧，所述第二二向色镜DM2位于所述第一二向色镜DM1下方。

所述第一激光器Laser1产生的脉冲激光经所述声光偏转器AOD、所述扫描透镜SL、所述第一二向色镜DM1与所述物镜400聚焦在样品上形成点激发；所述第二激光器Laser2产生的连续激光经所述第二二向色镜DM2、所述第一二向色镜DM1与所述物镜400后在样品上进行宽场照明和激发；所述数据采集卡200分别与所述声光偏转器AOD以及所述图像探测器300连接，用于输出数字信号至所述声光偏转器AOD以调整脉冲激光会聚在样品上的位置，并输出模拟信号至所述图像探测器300以使所述图像探测器300采集感兴趣区域对应的荧光图像；所述图像探测器300位于所述第二二向色镜DM2下方并分别与所述数据采集卡200以及所述控制器100连接，用于采集样品的宽场荧光图像，并采集所述宽场荧光图像上的感兴趣区域对应的多焦点荧光图像以得到多焦点荧光图像序列；所述控制器100分别与所述数据采集卡200以及所述图像探测器300连接，用于控制所述数据采集卡200输出数字信号与模拟信号，并根据所述宽场荧光图像选取进行超分辨成像的至少一个感兴趣区域，根据选取的感兴趣区域的外接矩形的起始点坐标信息与矩形区域大小生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列，以及对所述图像探测器300采集的多焦点荧光图像序列进行重构处理以得到样品中感兴趣区域的超分辨图像，其中，所述控制器100可以是计算机设备。

具体地，所述第一激光器Laser1主要用于任意的感兴趣区域的超分辨成像，所述第二激光器Laser2则主要用于对样品进行宽场照明。所述第一激光器Laser1所发出的脉冲激光经过所述声光偏转器AOD与所述扫描透镜SL后在所述第一二向色镜DM1的一侧发生反射，进入所述物镜400，其后会聚在样品上的一个点，通过改变加载在所述声光偏转器AOD的声波频率(由所述数字信号控制)可改变激光脉冲会聚在样品上的位置。在一些实施例中，所述样品可以是固定细胞，也可以是活细胞，例如动物细胞与植物细胞。

所述第二激光器Laser2所发出的连续激光在所述第二二向色镜DM2的一侧反射后再透射经过所述第一二向色镜DM1，在所述物镜400的前焦面上会聚，经过物镜400后以照射在样品上，实现宽场照明和激发。

在所述图像探测器300采集宽场荧光图后，所述控制器100在宽场荧光图像上选取需要进行超分辨成像的一个或多个感兴趣区域并生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列。具体过程为：在选取感兴趣区域后，保存所选感兴趣区域及其外接矩形的像素坐标信息。其后读取感兴趣矩形区域的起始点的X和Y坐标(x1，y1)和矩形区域X方向的宽度信息Lx和沿Y方向的宽度信息Ly，根据这两组信息以及提前输入的X方向点数信息Nx和扫描步长信息M自动生成MSIM所需的最优扫描点阵。其中，每一个多焦点扫描阵列包含Nx乘以Ny个点，点间距D由沿X方向的宽度信息Lx除以Nx取整后得到，Y方向点数Ny由沿Y方向的宽度信息Ly除以点间距D取整后得到，相邻两个多焦点扫描阵列以扫描步长M分别沿X和Y方向移动。

所述声光偏转器AOD根据声波频率扫描所述感兴趣区域中特定的像素坐标。其中，声波频率根据所述数据采集卡200输出的32位的数字信号转换得到，所述感兴趣区域中特定的每个像素坐标由多焦点扫描阵列中的各点坐标确定，对应的声波频率根据像素坐标与声波频率的对应关系逐一计算。通过改变加载在所述声光偏转器AOD上的声波频率，可以快速改变入射光束的偏转方向，从而改变脉冲激光会聚在样品上的位置。需要说明的是，一对正交声光偏转器AOD组成的二维声光偏转器AOD，可以通过分别改变加载在X、Y两个方向上的声波频率，实现入射光束在X、Y方向两个方向上的偏转，从而实现XY平面内任意一点的寻址扫描。

其中，所述数字信号与所述模拟信号具有相同的初相位，所述数字信号的频率为所述模拟信号的Nx乘以Ny倍，如图3所示。当所述声光偏转器AOD接收的所述数字信号为上升沿时，所述声光偏转器AOD根据所述数字信号对应的像素坐标进行寻址扫描。当所述图像探测器300接收到所述模拟信号的上升沿时开始曝光，并在所述模拟信号下一次上升沿到来时结束曝光，同时进入下一次曝光。也就是说，当多焦点扫描阵列的数据被转换成一系列的数字信号控制所述声光偏转器AOD将入射的脉冲激光快速偏转聚焦至所选的感兴趣区域的坐标位置。与此同时，所述数据采集卡200输出模拟信号控制所述图像探测器300曝光，进行同步采集宽场荧光图像，即所述声光偏转器AOD每扫完一幅点阵，所述图像探测器300则完成依次曝光，最后拍摄得到一系列的点阵荧光图像。

以下进一步对本发明的工作原理进行说明：所述第一激光器Laser1输出一路用于激发样品以对感兴趣区域进行扫描的光路，所述第二激光器Laser2则输出一路宽场荧光成像光路，以对样品进行宽场照明和激发，使得所述图像探测器300可以获取宽场荧光图像。具体实施时，先打开图像探测器300与声光偏转器AOD，其后利用显微镜自带的明场光路(白光照明)观察到样品聚焦后，控制图像探测器300拍摄明场图以获取细胞的轮廓信息，然后在关闭明场照明后控制宽场照明激发光路中的所述第二激光器Laser2以较低功率照射至样品上，并通过所述图像探测器300拍摄宽场荧光图像并保存，以得到宽场荧光图像选取矩形、任意数量的区域。其中若所述明场图足够清晰，则所述明场图与所述宽场荧光图像均可作为选取想要进行超分辨成像的区域的基础。选定感兴趣区域后，控制器会获取选定区域的起始点坐标信息和矩形区域宽度，随后输入扫描点阵的点数N(Nx乘以Ny个点)，以根据起始点坐标信息与点数N生成对应的点阵。此时，对所述图像探测器300的曝光时间、拍摄张数等参数进行设置，等待触发信号。控制器将扫描点阵对应的坐标信息转换成加载在声光偏转器AOD上的声波频率，进而由一系列数字信号控制声光偏转器AOD将入射的脉冲激光偏转照射到所选区域的特定位置上，同时会生成一个与所述声光偏转器AOD相同步的模拟信号，以实现声光偏转器AOD扫描完一幅点阵，相机拍一张图，从而达到点阵扫描的目的，最后能够得到一幅点阵序列图，将点阵序列图输入至MSBL程序中即可得到一幅超分辨图像，进而实现将所述声光偏转器AOD的快速寻址特性与MSIM相结合，实现了对细胞进行任意感兴趣区域的快速超分辨成像。

可见，本发明通过所述图像探测器300拍摄得到宽场荧光图像后，在宽场荧光图像上选取需要进行超分辨成像的一个或多个感兴趣区域并生成扫描点阵，其后控制声光偏转器AOD对感兴趣的区域进行扫描，并同步采集每一幅感兴趣区域对应的多焦点荧光图像，最后将采集到的多焦点荧光图像序列进行重构处理即可得到感兴趣区域的超分辨图像，从而可以以寻址扫描的方式快速实现对任意数量感兴趣区域的超分辨显微成像，且不会存在机械惯性，使得重构得到的超分辨图像不会存在伪影。另外，本发明首先对样品进行快速的宽场荧光成像，在荧光图像上选取感兴趣区域进行2P－MSIM超分辨成像，不仅能够快速准确地获得局域超分辨图像，能够与周围的宽场荧光图像形成对比，同时还减少了对样品的其他部分的光毒性，实现了对细胞内某些特定结构的生理活动的超分辩成像监测。

请参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：载物台500；所述载物台500位于所述物镜400上方，所述样品置于所述载物台500上。

具体地，所述载物台500位于所述物镜400的正上方，样品置于所述载物台500上。在控制所述第二激光器Laser2以较低的功率来驱动所述图像探测器300拍摄记录样品的荧光图像，通过所述物镜400实现对样品的聚焦，通过调整所述载物台500则可以寻找到合适的细胞区域，采集一幅样品的宽场荧光图像，进而便于所述控制器100选取待超分辨成像的区域。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：第一半波片HWP、第二半波片plate、偏振分束棱镜PBS与第一扩束整形透镜对Lens1。其中，所述第一半波片HWP与所述第二半波片plate以及所述偏振分束棱镜PBS设置在所述第一激光器Laser1的出光方向；所述第一扩束整形透镜对Lens1位于所述偏振分束棱镜PBS的出光方向。所述第一激光器Laser1产生的脉冲激光经所述第一半波片HWP、所述第二半波片plate后，再经所述偏振分束棱镜PBS反射后到所述第一扩束整形透镜对Lens1进行扩束整形。需要说明的是，所述偏振分束棱镜PBS可以是棱镜对或光栅对。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：色散补偿棱镜Prism与反射镜Mirror。其中，所述色散补偿棱镜Prism设置在所述第一扩束整形透镜对Lens1的出光方向上，用于对扩束整形后的脉冲激光进行色散补偿；所述反射镜Mirror位于所述色散补偿棱镜一侧，用于将色散补偿后的激光脉冲反射至所述声光偏转器AOD。

具体地，所述第一扩束整形透镜对输出的脉冲激光经输出后，再经所述色散补偿棱镜Prism进行色散补偿，其后再通过所述反射镜Mirror反射至所述声光偏转器AOD。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：第一管镜TL1；所述第一管镜TL1设置在所述扫描透镜SL一侧，用于使脉冲激光以平行光的形式入射至所述第一二向色镜DM1。

具体地，脉冲激光进入所述声光偏转器AOD，在通过所述扫描透镜SL与所述第一管镜TL1，可以使得脉冲激光可以以平行光的形式入射至以45度角放置的所述第一二向色镜DM1的一侧。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：第二扩束整形透镜对Lens2与第二管镜TL2。其中，所述第二扩束整形透镜对Lens2设置在所述第二激光器Laser2的出光方向上，用于对所述第二激光器Laser2输出的连续激光进行扩束整形；所述第二管镜TL2设置在所述第二扩束整形透镜对Lens2的出光方向上，用于使扩束整形后的连续激光以平行光的形式入射至所述第二二向色镜DM2。

具体地，所述第二激光器Laser2输出的连续激光经所述第二扩束整形透镜对Lens2进行扩束整形后入射以45度角放置的第二二向色镜DM2一侧并发生反射再透射后通过所述第一二向色镜DM1，平行光束由所述第二管镜TL2会聚在所述物镜400的前焦面处，经过所述物镜400后以平行光照明的方式照射在样品上，以实现宽场照明和激发。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：发射滤光片EF与成像透镜IL。其中，所述发射滤光片EF位于所述第二二向色镜DM2下方；所述成像透镜IL位于所述发射滤光片EF与所述图像探测器300之间；被激发的样品发出的荧光信号经过所述物镜400收集，并经所述第二二向色镜DM2与所述发射滤光片EF滤除串扰信号后，再经所述成像透镜IL传输至所述图像探测器300。

具体地，当所述第二激光器Laser2输出的连续激光以平行光束的方式照射在样品上进行宽场照明和激发时，被激发的样品会发出荧光信号并通过所述物镜400进行收集，其后在所述第二二向色镜DM2和所述发射滤光片EF的除串扰作用之后，再由所述成像透镜IL被所述图像探测器300记录下来。

在一些实施例中，寻址扫描超分辨显微成像系统还包括：电动滤光轮(图中未标出)；所述电动滤光轮位于所述第二激光器与所述第二扩束整形透镜对Lens2之间。

具体地，所述第二激光器Laser2在对样品进行宽场照明和激发时，需要在较低的功率条件下，那么可以通过在所述第二扩束整形透镜对Lens2之前设置一个所述电动滤光轮来控制照明强度。

请继续参阅图2，在一些实施例中，所述第一激光器Laser1为飞秒脉冲激光器，例如，可以采用输出波长为800纳米的蓝宝石飞秒脉冲激光器，作为光刺激的光源。所述第二激光器Laser2为连续光激光器，例如，可以采用输出波长为488纳米的连续光激光器，并采用平行光照明的方式，利用所述物镜400对样品实现宽场照明激发以使所述图像探测器300可以获取宽场荧光图像。

请参阅图1与图2，在一些实施例中，所述图像探测器300为灵敏度较高的面阵探测器，例如，CCD相机或CMOS相机，在本实施例中，采用CCD相机。

在一些实施例中，还可以在光路中增加变焦透镜(图中未标出)以实现三维扫描成像。

综上所述，本实用新型所提供的一种寻址扫描超分辨率显微成像系统，具有以下有益效果：

通过图像探测器拍摄得到宽场荧光图像后，在宽场荧光图像上选取需要进行超分辨成像的一个或多个感兴趣区域并生成扫描点阵，其后控制声光偏转器对感兴趣的区域进行扫描，并同步采集每一幅感兴趣区域对应的多焦点荧光图像，最后将采集到的多焦点荧光图像进行重构处理即可得到感兴趣区域的超分辨图像，从而可以以寻址扫描的方式快速实现对任意数量感兴趣区域的定向超分辨显微成像，且不会存在机械惯性，使得重构得到的超分辨图像不会存在伪影；

首先对样品进行快速的宽场荧光成像，在宽场荧光图像上选取感兴趣区域进行2P－MSIM超分辨成像，不仅能够快速准确地获得局域超分辨图像，能够与周围的宽场荧光图像形成对比，同时还减少了对样品的其他部分的光毒性，实现了对细胞内某些特定结构的生理活动的超分辩成像监测。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，包括：第一激光器、声光偏转器、扫描透镜、第一二向色镜、物镜、第二激光器、第二二向色镜、数据采集卡、图像探测器与控制器；其中，

所述第一激光器位于所述声光偏转器一侧，所述声光偏转器、所述扫描透镜与所述第一二向色镜依次设置，所述物镜位于所述第一二向色镜上方；所述第二激光器位于所述第二二向色镜一侧，所述第二二向色镜位于所述第一二向色镜下方；

所述第一激光器产生的脉冲激光经所述声光偏转器、所述扫描透镜、所述第一二向色镜与所述物镜聚焦在样品上形成点激发；

所述第二激光器产生的连续激光经所述第二二向色镜、所述第一二向色镜与所述物镜后在样品上进行宽场照明和激发；

所述数据采集卡分别与所述声光偏转器以及所述图像探测器连接，用于输出数字信号至所述声光偏转器以调整脉冲激光会聚在样品上的位置，并输出模拟信号至所述图像探测器以使所述图像探测器采集感兴趣区域对应的多焦点荧光图像；

所述图像探测器位于所述第二二向色镜下方并分别与所述数据采集卡以及所述控制器连接，用于采集样品的宽场荧光图像，并采集所述宽场荧光图像上的感兴趣区域对应的多焦点荧光图像以得到多焦点荧光图像序列；

所述控制器分别与所述数据采集卡以及所述图像探测器连接，用于控制所述数据采集卡输出数字信号与模拟信号，并根据所述宽场荧光图像选取进行超分辨成像的至少一个感兴趣区域，根据选取的感兴趣区域的外接矩形的起始点坐标信息与矩形区域大小生成多焦点结构光照明显微成像所需的多焦点扫描阵列，以及对所述图像探测器采集的多焦点荧光图像序列进行重构处理以得到样品中感兴趣区域的超分辨图像；

其中，所述数字信号与所述模拟信号具有相同的初相位；当所述声光偏转器接收的所述数字信号为上升沿时，所述声光偏转器根据所述数字信号对应的像素坐标进行寻址扫描，当所述图像探测器接收到所述模拟信号的上升沿时开始曝光，并同步采集宽场荧光图像。

2.根据权利要求1所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：第一半波片、第二半波片、偏振分束棱镜与第一扩束整形透镜对；其中，

所述第一半波片与所述第二半波片以及所述偏振分束棱镜设置在所述第一激光器的出光方向；所述第一扩束整形透镜对位于所述偏振分束棱镜的出光方向；

所述第一激光器产生的脉冲激光经所述第一半波片、所述第二半波片后，再经所述偏振分束棱镜反射后到所述第一扩束整形透镜对进行扩束整形。

3.根据权利要求2所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：色散补偿棱镜与反射镜；其中，

所述色散补偿棱镜设置在所述第一扩束整形透镜对的出光方向上，用于对扩束整形后的脉冲激光进行色散补偿；

所述反射镜位于所述色散补偿棱镜一侧，用于将色散补偿后的激光脉冲反射至所述声光偏转器。

4.根据权利要求3所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：第一管镜；所述第一管镜设置在所述扫描透镜一侧，用于使脉冲激光以平行光的形式入射至所述第一二向色镜。

5.根据权利要求1所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：第二扩束整形透镜对与第二管镜；其中，

所述第二扩束整形透镜对设置在所述第二激光器的出光方向上，用于对所述第二激光器输出的连续激光进行扩束整形；

所述第二管镜设置在所述第二扩束整形透镜对的出光方向上，用于使扩束整形后的连续激光以平行光的形式入射至所述第二二向色镜。

6.根据权利要求5所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：发射滤光片与成像透镜；其中，

所述发射滤光片位于所述第二二向色镜下方；

所述成像透镜位于所述发射滤光片与所述图像探测器之间；

被激发的样品发出的荧光信号经过所述物镜收集，并经所述第二二向色镜与所述发射滤光片滤除串扰信号后，再经所述成像透镜传输至所述图像探测器。

7.根据权利要求1所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，所述第一激光器为飞秒脉冲激光器；所述第二激光器为连续光激光器。

8.根据权利要求1所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，所述图像探测器为CCD相机或CMOS相机。

9.根据权利要求1所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：载物台；所述载物台位于所述物镜上方，所述样品置于所述载物台上。

10.根据权利要求5所述的寻址扫描超分辨显微成像系统，其特征在于，还包括：电动滤光轮；所述电动滤光轮位于所述第二激光器与所述第二扩束整形透镜对之间。