透明化试剂折射率与显微光路参数的实时匹配系统

本发明涉及显微成像，具体涉及一种透明化试剂折射率与显微光路参数的实时匹配系统。

背景技术：

1、在对生物组织进行深层成像时，可以结合双光子显微镜和透明化试剂，以高分辨率观察到生物组织内部的详细结构，而无需切割样本。双光子显微镜的工作原理是基于双光子吸收现象，当两个光子几乎同时被分子吸收时，会产生一个能量更高的电子态。这种电子态会迅速返回到基态并释放能量，产生荧光信号，由于双光子吸收的概率相对较低，因此需要使用高强度的激光光源。同时，双光子显微镜通常采用共聚焦显微镜技术，通过精确控制激光束的焦点位置，实现对活体组织的深层成像。尽管双光子显微镜已经大大提高了成像深度，但其效果仍然受到生物组织中光散射的影响，透明化试剂通过组织透明化，改变组织的光学性质，特别是降低其折射率不匹配和去除脂质成分，从而减少光散射，使得光线能更深入地穿透组织。

2、其中，组织透明化的核心目标是消除样品内部及界面处的折射率（ri）差异。例如，传统透明化试剂（ri=1.52）与生物组织（ri=1.33-1.46）的差异会导致光散射和球差，降低成像分辨率。透明化试剂的折射率需要与样品和显微镜物镜的折射率相匹配，以减少光散射和球面像差，从而提高成像质量；如果透明化试剂的折射率与样品或物镜不匹配，会导致光线在界面处产生折射，形成球面像差，降低成像分辨率。

3、在进行显微光路参数和透明化试剂折射率的匹配时，试剂在透明化组织的过程中，由于酯化等影响将会导致其折射率产生变化，会降低显微光路参数与透明化试剂折射率的匹配效果，进而降低生物组织的成像质量。

4、因此，如何提高显微光路参数与透明化试剂折射率的匹配效果，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决如何提高显微光路参数与透明化试剂折射率的匹配效果的技术问题，本发明的目的在于提供一种透明化试剂折射率与显微光路参数的实时匹配系统，所采用的技术方案具体如下：

2、于本技术的一实施例中，提供了一种透明化试剂折射率与显微光路参数的实时匹配系统，系统包括：

3、历史匹配数据获取模块，用于获取目标透明化试剂对应的历史匹配数据，所述历史匹配数据包括多种组织的历史显微光路参数，以及所述历史显微光路参数对应的历史显微图像；

4、初始显微光路参数确定模块，用于根据所述历史显微图像，对所述历史显微光路参数对应的显微效果进行分析，并根据所述显微效果的分析结果，确定所述目标透明化试剂在当前匹配阶段的初始显微光路参数；

5、比对模块，用于获取所述初始显微光路参数在当前匹配阶段对应的初始显微图像，并比对所述初始显微图像和所述历史显微图像，得到参数调整迭代步长和参数调整曲线；

6、匹配模块，用于根据所述参数调整迭代步长和所述参数调整曲线，对所述初始显微光路参数进行迭代调整，得到目标显微光路参数，以使所述目标显微光路参数与所述目标透明化试剂的折射率实时匹配。

7、于本技术的一实施例中，所述初始显微光路参数确定模块，包括：

8、显微效果分析单元，用于对所述历史显微图像的图像特征进行分析，确定所述历史显微图像对应的图像质量信息；

9、参数区间分析单元，用于将所述历史显微光路参数划分为多个参数区间，并根据所述图像质量信息，确定各所述参数区间对应的优选情况；

10、参数确定单元，用于根据各所述参数区间对应的优选情况，从所述多个参数区间中确定目标参数区间，并从所述目标参数区间中选取所述初始显微光路参数。

11、于本技术的一实施例中，所述图像特征包括点光源成像扩散程度和对比度，所述显微效果分析单元，包括：

12、分割子单元，用于对所述历史显微图像进行阈值分割，得到所述历史显微图像中的高亮区域，并将所述所述高亮区域作为目标分析区域；

13、第一图像特征分析子单元，用于获取所述目标分析区域对应的点扩散函数，并根据所述点扩散函数确定所述目标分析区域对应的点光源成像扩散程度；

14、第二图像特征分析子单元，用于确定所述目标分析区域，与所述历史显微图像中的背景的对比度；

15、第一图像质量信息确定子单元，用于获取所述目标分析区域的数量以及各所述目标分析区域的面积，并根据所述数量、所述面积、所述点光源成像扩散程度和所述对比度，确定所述历史显微图像对应的图像质量信息，所述图像质量信息用于指示显微图像的成像质量。

16、于本技术的一实施例中，所述参数区间分析单元，包括：

17、图像质量曲线构建子单元，用于根据所述历史显微图像对应的图像质量信息，构建各种所述组织对应的图像质量曲线，其中，所述图像质量曲线的横坐标为所述历史显微光路参数，所述图像质量曲线的纵坐标为所述图像质量信息；

18、区间划分子单元，用于将各种所述组织对应的图像质量曲线放置于一个坐标空间中，并根据预设的区间范围，将所述坐标空间的横坐标划分为多个参数区间；

19、优选情况确定子单元，用于根据各所述参数区间内的显微光路参数和图像质量信息，确定所述优选情况，所述优选情况用于指示所述参数区间内的显微光路参数的优先选择情况。

20、于本技术的一实施例中，所述参数确定单元，包括：

21、目标参数区间确定子单元，用于将优选情况最大的所述参数区间，作为所述目标参数区间；

22、初始显微光路参数选取子单元，用于将所述目标参数区间内的最小值，作为所述初始显微光路参数。

23、于本技术的一实施例中，所述比对模块，包括：

24、第二图像质量信息确定子单元，用于对所述初始显微图像的图像特征进行分析，确定所述初始显微图像对应的图像质量信息；

25、比对子单元，用于将所述初始显微图像对应的图像质量信息，与各种所述组织对应的图像质量曲线进行距离比对，并根据所述距离比对的结果确定距离情况；

26、候选参数确定子单元，用于从最小的所述距离情况对应的所述图像质量曲线中，确定候选显微光路参数；

27、步长确定子单元，用于所述候选显微光路参数在所述目标参数区间中时，根据所述目标参数区间的优选情况，确定所述参数调整迭代步长；

28、参数调整曲线确定子单元，用于根据所述坐标空间中所述初始显微光路参数对应的图像质量信息最大的图像质量曲线，确定所述参数调整曲线。

29、于本技术的一实施例中，所述将所述初始显微图像对应的图像质量信息，与各种所述组织对应的图像质量曲线进行距离比对，并根据所述距离比对的结果确定距离情况，包括：

30、获取所述初始显微图像对应的图像质量信息，与各种所述组织对应的图像质量曲线之间的欧式距离；

31、根据所述欧式距离，以及所述初始显微光路参数对应的曲线重叠次数，确定所述距离情况。

32、于本技术的一实施例中，所述根据所述坐标空间中所述初始显微光路参数对应的图像质量信息最大的图像质量曲线，确定所述参数调整曲线，包括：

33、获取所述坐标空间中所述初始显微光路参数对应的图像质量信息最大的图像质量曲线中的多个波峰；

34、通过最小二乘法，对所述多个波峰进行曲线拟合，得到所述参数调整曲线。

35、于本技术的一实施例中，所述根据所述参数调整迭代步长和所述参数调整曲线，对所述初始显微光路参数进行迭代调整，得到目标显微光路参数之后，还包括：

36、若迭代调整的次数大于预设的迭代调整次数阈值，且所述目标显微光路参数对应的目标显微图像的图像质量信息小于预设的图像质量信息阈值，则重新确定所述目标透明化试剂的初始显微光路参数，获取所述初始显微光路参数的初始显微图像，并比对所述初始显微图像和所述历史显微图像，得到新的参数调整迭代步长和新的参数调整曲线。

37、于本技术的一实施例中，对所述初始显微光路参数进行调整，包括：

38、搭配校正环调整盖玻片厚度，调整激发光的数值孔径。

39、本发明具有如下有益效果：

40、首先，历史匹配数据获取模块获取目标透明化试剂对应的历史匹配数据，所述历史匹配数据包括多种组织的历史显微光路参数，以及所述历史显微光路参数对应的历史显微图像；然后，初始显微光路参数确定模块根据所述历史显微图像，对所述历史显微光路参数对应的显微效果进行分析，并根据所述显微效果的分析结果，确定所述目标透明化试剂在当前匹配阶段的初始显微光路参数；然后，比对模块获取所述初始显微光路参数在当前匹配阶段对应的初始显微图像，并比对所述初始显微图像和所述历史显微图像，得到参数调整迭代步长和参数调整曲线；最后，匹配模块根据所述参数调整迭代步长和所述参数调整曲线，对所述初始显微光路参数进行迭代调整，得到目标显微光路参数，以使所述目标显微光路参数与所述目标透明化试剂的折射率实时匹配。本发明中，历史数据中包含了大量在不同组织样本、不同透明化试剂条件下获得的成像经验，这些数据反映了不同显微光路参数组合下对特定透明化试剂的实际匹配效果，为后续参数选择提供了科学依据，避免了盲目设定初始参数，提高了系统启动时的匹配准确度；通过分析历史显微图像的质量，评估不同历史显微光路参数的成像效果，并据此确定当前阶段的最佳初始参数，将图像质量作为核心指标来判断参数优劣，使系统具备了视觉反馈能力，不依赖人工经验，可以通过算法自动选择最接近最优状态的初始参数，显著提高了起始匹配的准确性；通过图像之间的相似性或差异性，可以识别出当前参数偏离最佳状态的程度，结合图像质量变化趋势，得到合适的迭代步长和优化路径，避免盲目调整，提高收敛效率，实现了从静态匹配到动态自适应调整的跨越；根据参数调整曲线和步长，对初始参数进行多轮迭代优化，最终得到目标显微光路参数，实现与当前透明化试剂折射率的高精度匹配，构建了一个闭环控制系统，持续监测成像质量并反馈调整参数，具有良好的鲁棒性和实时响应能力，可应对透明化试剂在使用过程中因酯化反应等引起的折射率变化，保持系统的长期稳定性与匹配精度。