用于快速運動物體的超高分辨成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于快速運動物體的超高分辨成像
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]—般情況下，人眼能夠分辨的最小物體的尺寸大約為0.1_。若想看到更小的物體，則需要借助于顯微技術(shù)。1873年，德國顯微技術(shù)專家恩斯特.阿貝揭示了光學(xué)顯微鏡由于光的衍射效應(yīng)和有限孔徑分辨率存在極限的原理，正是該原理“束縛” 了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡在納米世界的運用。
[0003]當(dāng)顯微鏡的物鏡視野下僅有單個熒光分子，通過特定的算法擬合，很容易超過光學(xué)分辨率極限。為探索微觀世界，突破光學(xué)顯微鏡的光學(xué)極限的超高分辨顯微技術(shù)應(yīng)運而生。1981年Barak和Webb首先將單分子跟蹤技術(shù)引入到生命科學(xué)中。盡管單分子的定位精確可以達到納米級，但它并不能提高光顯微鏡在分辨兩個或者更多點光源時的分辨率。
[0004]2002 年 Patterson 和 Lippincott-Schwartz 首次利用綠色焚光蛋白(GFP)的變種(PA-GFP)觀察特定蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的運動軌跡。德國Eric Bezig敏銳地認(rèn)識到:應(yīng)用單分子熒光成像技術(shù)，結(jié)合這種熒光蛋白的發(fā)光特性，可以突破光學(xué)分辨率的極限一光激活定位顯微技術(shù)(PALM)誕生了。PALM的成像方法只能用來觀察外源表達蛋白，對細胞內(nèi)源蛋白卻無能為力。2006年，美國霍華德-休斯研究所華裔科學(xué)家莊曉薇實驗組發(fā)現(xiàn):不同的波長可以控制化學(xué)熒光分子Cy5在熒光激發(fā)態(tài)和暗態(tài)之間的切換。鑒于此開發(fā)了隨機光學(xué)重構(gòu)顯微技術(shù)(STORM)。不管是PALM還是STORM超高分辨顯微鏡方法，其點擴散函數(shù)成像仍然與傳統(tǒng)顯微成像一致，需要反復(fù)激活-淬滅熒光分子，所以實驗大多在固定的細胞上完成。
[0005]2000年，德國科學(xué)家Stefan Hell提出通過物理過程來減少激發(fā)光的光斑大小，直接減少點擴散函數(shù)的半高寬來提高分辨率，成功研制了受激發(fā)射損耗顯微技術(shù)(STED)。改變點擴散函數(shù)實現(xiàn)突破光學(xué)衍射極限的另一種方法是飽和結(jié)構(gòu)照明顯微技術(shù)(SS頂)。2005年，Gustafsson首先將非線性結(jié)構(gòu)性光學(xué)照明部件引入到傳統(tǒng)的顯微鏡上，得到了分辨率達到50nm的圖像。但是現(xiàn)有的超高分辨技術(shù)成像速度慢，并且難以拍攝運動(特別是快速運動)的樣品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的其中一個目的在于提供一種用于快速運動物體的超高分辨成像裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中成像速度慢難以拍攝運動物體，特別是生物活體的技術(shù)問題。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了一種用于快速運動物體的超高分辨成像裝置，包括:
[0008]常規(guī)分辨率顯微成像模塊，用于顯示運動物體樣品和超高分辨成像目標(biāo)以提供該運動物體樣品和超高分辨成像目標(biāo)的位置和運動信息；
[0009]快速圖像采集與處理模塊，用于獲取超高分辨成像目標(biāo)的運動速度V1、感興趣區(qū)域R0I的運動速度t與位置以及成像拍攝區(qū)域Sp的尺寸，并提供給位置反饋控制模塊和超高分辨成像模塊；
[0010]位置反饋控制模塊，用于調(diào)整所述成像拍攝區(qū)域Sp或者擬成像區(qū)域Si的位置，以使得擬拍攝區(qū)域Si與成像拍攝區(qū)域Sp保持重合；
[0011]超高分辨成像模塊，用于根據(jù)超分辨成像速率要求調(diào)整成像拍攝區(qū)域Sp的尺寸，對運動物體樣品上超高分辨成像目標(biāo)進行超高分辨成像。
[0012]可選地，所述位置反饋控制模塊包括電控樣品臺以及依次設(shè)置在第一成像光路上的第一透鏡、第二透鏡和電控轉(zhuǎn)鏡，其中:
[0013]第一透鏡的一側(cè)設(shè)置有電控樣品臺，另一側(cè)設(shè)置有第二透鏡；
[0014]所述第二透鏡遠離該電控樣品臺的一側(cè)設(shè)置所述電控轉(zhuǎn)鏡。
[0015]可選地，通過設(shè)置所述第一透鏡與所述第二透鏡的位置以使電控轉(zhuǎn)鏡與常規(guī)分辨率顯微成像模塊中的成像物鏡入瞳成共軛關(guān)系。
[0016]可選地，所述快速圖像采集與處理模塊包括快速圖像采集設(shè)備和計算設(shè)備，其中:
[0017]所述快速圖像采集設(shè)備，用于采集運動物體樣品和超高分辨成像目標(biāo)以提供該運動物體樣品和超高分辨成像目標(biāo)的位置和運動信息；
[0018]所述計算設(shè)備，用于根據(jù)運動物體樣品和超高分辨成像目標(biāo)的位置和運動信息以獲取超高分辨成像目標(biāo)的運動速度V1、感興趣區(qū)域R0I的運動速度t與位置以及成像拍攝區(qū)域Sp的尺寸。
[0019]可選地，所述快速圖像采集設(shè)備采用圖像傳感器或者位置敏感探測器。
[0020]可選地，所述計算設(shè)備根據(jù)以下公式獲取成像幀頻fs:
[0021]IVr-Vj/PPK fs0
[0022]可選地，所述常規(guī)分辨率顯微成像模塊包括:照明單元和成像單元:
[0023]所述照明單元包括依次設(shè)置在第二成像光路上的照明設(shè)備、第三透鏡和聚光鏡；所述第三透鏡的一側(cè)設(shè)置有所述照明設(shè)備，另一側(cè)設(shè)置有所述聚光鏡；在所述聚光鏡的遠離照明設(shè)備的一側(cè)設(shè)置有電控樣品臺；
[0024]所述成像單元包括依次設(shè)置在第二成像光路上的成像物鏡、分光器和第三成像光路上的成像透鏡、濾光鏡；所述成像物鏡的一側(cè)設(shè)置有電控樣品臺，另一側(cè)設(shè)置有所述分光器；所述分光器改變第二成像光路上的光線形成第三成像光路；所述成像透鏡設(shè)置在所述分光器的一側(cè)，另一側(cè)設(shè)置有所述濾光鏡。
[0025]本發(fā)明實施例通過獲取運動物體樣品感興趣區(qū)域以及超高分辨成像目標(biāo)的位置與運動速度，并結(jié)合超高分辨成像模塊的分辨率確定超分辨成像速率，以此為根據(jù)調(diào)整成像拍攝區(qū)域的面積，保證超高分辨成像速率；通過調(diào)整成像拍攝區(qū)域的位置或樣品上擬拍攝區(qū)域的位置，以使成像拍攝區(qū)域與樣品上擬拍攝區(qū)域的位置保持重合，從而消除運動物體樣品的運動對超高分辨成像的影響。本發(fā)明可以快速、自動地對快速運動物體進行超高分辨成像，也可以自動分析運動物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，尤其適用于精子細胞、活體組織等各種運動對象的快速超高分辨成像。
【附圖說明】
[0026]通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對本發(fā)明進行任何限制，在附圖中:
[0027]圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種用于快速運動物體的超高分辨成像方法的流程不意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明一實施例提供的一種用于快速運動物體的超高分辨成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明一實施例中調(diào)整成像拍攝區(qū)域與擬拍攝區(qū)域調(diào)整重合過程示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0031]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種用于快速運動物體的超高分辨成像方法，如圖1所示，包括:
[0032]根據(jù)運動物體樣品上超高分辨成像目標(biāo)的位置設(shè)置包含所述超高分辨成像目標(biāo)的感興趣區(qū)域R0I ；
[0033]獲取所述超高分辨成像目標(biāo)的運動速度t和所述感興趣區(qū)域R0I的運動速度V r與位置；
[0034]根據(jù)超高分辨成像模塊的分辨率PPIS、所述感興趣區(qū)域R0I的運動速度t以及所述超高分辨成像目標(biāo)的運動速度Vi獲取所述超高分辨成像模塊的成像幀頻f s；
[0035]根據(jù)所述成像幀頻匕與成像拍攝區(qū)域Sp的關(guān)系計算所述成像拍攝區(qū)域Sp的尺寸；定義一包含超分辨成像目標(biāo)的擬拍攝區(qū)域Si，所述擬拍攝區(qū)域Si的尺寸與所述成像拍攝區(qū)域Sp的尺寸相同，且具有相同的運動速度
[0036]調(diào)整所述擬拍攝區(qū)域Si或者所述成像拍攝區(qū)域Sp的位置，以使所述擬拍攝區(qū)域Si與所述成像拍攝區(qū)域Sp保持重合；并根據(jù)所述擬拍攝區(qū)域Si對運動物體樣品上超高分辨成像目標(biāo)進行超高分辨成像。
[0037]本發(fā)明實施例通過獲取運動物體樣品