适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的制作方法

1.本实用新型涉及显微成像技术领域，具体涉及一种适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统。


背景技术：

2.光学显微镜是人类最伟大的发明之一，它把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们通过显微镜看到了无法用肉眼观察到的微生物，以及生物体内的微结构。但是传统光学显微镜的成像分辨率和成像视场相互制约，即随着物镜的放大倍数的增加其成像视场也随之降低。
3.2013年zheng提出傅里叶叠层显微成像技术，可以解决成像分辨率和成像视场相互制衡的问题。其原理是通过结合结构光照明技术和相干孔径合成技术，利用led阵列替代传统聚光镜进行多角度照明进行叠层衍射成像相位恢复，采集多幅不同角度的低分辨率图像，原本一些超出显微物镜数值孔径的样品频率成分便被平移到孔径内，再将这些图像在频谱域融合获得一张高分辨率、大视场图像。但是目前的傅里叶叠层显微成像技术主要应用于低倍物镜，如放大倍率在4x，5x以及10x等，导致其成像分辨率一直不能达到观测细胞或组织切片内部细节结构。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决现有技术中的技术问题，提供一种适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，以实现适用于大视场、高分辨的细胞或组织切片成像。
5.为了解决上述技术问题，实用新型的技术方案具体如下：
6.本实用新型提供一种适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，包括照明装置和显微成像装置；
7.所述照明装置包括：依次设置的三维位移台、旋转调节器和二维平板led 阵列照明装置；
8.所述显微成像装置包括：样品台、高倍显微物镜、第一孔径光阑、反射镜、第二孔径光阑、无限远校正管镜和成像相机；
9.所述三维位移台、旋转调节器用以调节二维平板led阵列照明装置，利用第一孔径光阑、反射镜和第二孔径光阑使所述二维平板led阵列照明装置中心处的led与高倍显微物镜中心、成像相机中心保持同轴；
10.所述二维平板led阵列照明装置的照明光依次多角度照射到样品台上的生物样品上，样品衍射的光依次经过高倍显微物镜、第一孔径光阑、反射镜、第二孔径光阑、无限远校正管镜，最后各个角度的图像聚焦在成像相机上，成像相机采集的多幅不同角度的低分辨率图像融合重建后，获得一张大视场、高分辨的成像图像。
11.在上述技术方案中，所述二维平板led阵列照明装置的相邻led间距为 4mm，所用led阵列个数选为7
×
7或9
×
9。
12.在上述技术方案中，所述二维平板led阵列照明装置距样品面高度范围为 13mm～20mm。
13.在上述技术方案中，所述二维平板led阵列照明装置的波长范围为465
±ꢀ
10nm～640nm
±
10nm。
14.在上述技术方案中，所述样品台为二维可调载物台。
15.在上述技术方案中，所述高倍显微物镜的放大率为40x，数值孔径范围为 0.6～0.7。
16.在上述技术方案中，所述成像相机的像素尺寸
pcam
大小满足奈奎斯特定理条件，即其中m0为高倍显微物镜的放大倍率，na
o
为高倍显微物镜数值口径，λ为led波长。
17.实用新型的有益效果是：
18.本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的二维平板led 阵列照明装置的照明光依次多角度照射到样品台上的生物样品上，样品衍射的光依次经过高倍显微物镜、第一孔径光阑、反射镜、第二孔径光阑、无限远校正管镜，最后各个角度的图像聚焦在成像相机上，成像相机采集的多幅不同角度的低分辨率图像融合重建后，获得一张大视场、高分辨的成像图像。本实用新型的傅里叶叠层显微成像系统利用40x物镜可以实现100x物镜的分辨率，同时成像视场兼具40x物镜的成像视场，解决了传统显微镜分辨率和成像视场相互制约的问题。
19.本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，可以实现对细胞样品或组织切片进行大视场、高分辨成像，在医疗检测方面具有重要的应用价值；可以将现有的传统光学显微镜进行技术升级，拓宽传统显微镜的应用领域以及满足未来多模态成像研究需求。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
21.图1是本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的结构示意图；
22.图2是对usaf分辨率板的40x物镜的传统显微成像参照图；
23.图3是本实用新型的成像系统对usaf分辨率板的40x物镜的傅里叶叠层成像图；
24.图4是对人肝癌细胞hepg2的40x物镜的传统显微成像参照图；
25.图5是本实用新型的成像系统对人肝癌细胞hepg2的40x物镜的傅里叶叠层成像图。
26.图中的附图标记表示为：
[0027]1‑
三维位移台；2
‑
旋转调节器；3
‑
二维平板led阵列照明装置；4
‑
样品台；5
‑ꢀ
高倍显微物镜；6
‑
第一孔径光阑；7
‑
反射镜；8
‑
第二孔径光阑；9
‑
无限远校正管镜；10
‑
成像相机；11
‑
控制计算机。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图1～5对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，本文所使用的诸
如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0029]
如图1所示，本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统包括：照明装置和显微成像装置；所述照明装置包括：依次设置的三维位移台1、旋转调节器2和二维平板led阵列照明装置3，所述三维位移台1、旋转调节器2 通过机械转接件固定在二维平板led阵列照明装置3上，所述二维平板led阵列照明装置3通过数据线与控制计算机11相连接，通过控制计算机11发送控制信号，使其led依次被点亮进行多角度照射样品；所述显微成像装置包括：样品台4、高倍显微物镜5、第一孔径光阑6、反射镜7、第二孔径光阑8、无限远校正管镜9和成像相机10；
[0030]
所述三维位移台1、旋转调节器2用以调节二维平板led阵列照明装置3，利用第一孔径光阑6、反射镜7和第二孔径光阑8使所述二维平板led阵列照明装置3中心处的led与高倍显微物镜5中心、成像相机10中心保持同轴性，且需要用usaf分辨率板检测系统的分辨率，需满足该成像系统的实际分辨率达到高倍显微物镜5理论分辨率的标称值。
[0031]
所述二维平板led阵列照明装置3的照明光依次多角度照射到样品台4上的生物样品上，所述样品台4为二维可调载物台，样品衍射的光依次经过高倍显微物镜5、第一孔径光阑6、反射镜7、第二孔径光阑8、无限远校正管镜9，最后各个角度的图像聚焦在成像相机10上，成像相机10采集的多幅不同角度的低分辨率图像融合重建后，获得一张大视场、高分辨的成像图像。
[0032]
所述通过调节三维位移台1使二维平板led阵列照明装置3的led阵列距样品台4面高度范围为13mm～20mm。
[0033]
所述二维平板led阵列照明装置3的led阵列数为7
×
7或9
×
9。
[0034]
所述的二维平板led照明阵列装置波长范围为465
±
10nm～640nm
±ꢀ
10nm。
[0035]
所述的高倍物镜的放大率为40x，数值孔径范围为0.6～0.7。
[0036]
所述的成像相机的像素尺寸
pcam
大小满足奈奎斯特定理条件，即其中m0为高倍显微物镜5的放大倍率，na
o
为高倍显微物镜5 数值口径，λ为led波长。
[0037]
所选无限远校正管镜9要与其各厂家(如尼康、蔡司、莱卡、奥林巴斯等)高倍显微物镜5进行适配，使其达到理论的成像效果。
[0038]
所述的生物样品为染色或非染色细胞样品或组织切片样品，其中要求组织切片厚度限制在5μm以下。
[0039]
本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的照明装置可以通过机械转接件可以直接移植到传统光学显微镜的明场照明立柱上，包括尼康的ti系列、莱卡的dmi系列以及奥林巴斯ix系列等倒置显微镜。
[0040]
为了证明本实用新型的成像系统的成像效果，首先采取usaf分辨率板进行验证，如图2所示为该系统的未使用傅里叶叠层显微成像系统的成像结果，理论上对于波长为532nm，40x显微物镜的数值口径为0.6，其分辨率为443nm，刚好能分辨到usaf分辨率板上的10
‑
2组；利用本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，可以分辨到usaf分辨率板上的11
‑
2组，对应 218nm的分辨率；其次采取生物样品进行验证，如图4所示，为人肝癌细胞hepg2的40x物镜的传统显微成像图，图5为图4中相同样品利用本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的成像图，对比图4和图5可以看出成像分辨率有
显著的提高，因此证明本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统的具有很好的成像效果。
[0041]
本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，利用40x物镜可以实现100x物镜的分辨率，同时成像视场兼具40x物镜的成像视场，解决了传统显微镜分辨率和成像视场相互制约的问题。
[0042]
本实用新型的适用于高倍物镜的傅里叶叠层显微成像系统，可以实现对细胞样品或组织切片进行大视场、高分辨成像，在医疗检测方面具有重要的应用价值；可以将现有的传统光学显微镜进行技术升级，拓宽传统显微镜的应用领域以及满足未来多模态成像研究需求。
[0043]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。