共焦扫描显微成象的光学断层平面分辨率与信噪比之间的关系

在Fried的一维分辨度理论的基础上,系统地讨论了光学成象系统两维分辨率与信噪比之间的定量关系,并以反射式共焦显微成象为例,建立了实际显微成象系统分辨率的定量计算方法.所得出的结果对于选择共焦扫描显微成象系统的最佳参量及评价所设计的显微成象系统的性能具有重要的意义.     

超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统

活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像差、数值孔径和探测针孔尺度的限制,本文设计了一套超分辨活体人眼视网膜共焦扫描系统,采用自适应光学技术探测并校正人眼像差,结合光学超分辨技术提高系统分辨率,补偿有限尺度针孔对分辨率的影响,并获得活体人眼的实时、高分辨图像. 关键词： 超分辨 共焦扫描光学显微术 眼科光学 自适应光学     

共焦扫描荧光显微镜的信噪比与信息量

在研制用于对厚的生物样品进行光学断层成像的共焦扫描荧光显微镜时，由于成像信号十分微弱及存在很强的多次散射作用，因此杂散光的抑制非常重要，而信噪比、信号背景比就成为决定能否获得高对比度、高分率图像的关键。运用光学信息量的概念，在已有的光学成像系统信息量计算、共焦扫描荧光显微镜信噪比及传递函数计算的基础上，详细分析了共焦扫描荧光显微镜信息量与信噪比等之间的定量关系。该关系表明，为了充分利用共焦扫描荧光显微镜的成像性能，必须选择适当的探测小孔。所得的结果对于共焦扫描荧光显微成像系统的研制有重要的实用价值。     

基因芯片共焦扫描仪的分辨率与信噪比

介绍基因芯片共焦扫描仪的系统结构和工作原理，讨论基因芯片共焦扫描仪的光学成像系统二维分辨率与信噪比之间的定量关系。所得出的结果对于选择共焦显微成像系统的参数和评价共焦显微成像系统的性能具有重要的意义。     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像;其次,采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,实现快速共焦扫描;最后,激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量.通过实验验证,本系统的成像视场为φ 600 μm,光学分辨率为2.2 μm,可采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,实现微创、在体的荧光显微内窥术.     

线结构光共焦显微成像技术的实验研究

激光共焦扫描显微镜大多采用点共焦扫描成像形式,扫描机构复杂,成本高。新型的线结构光共焦显微成像技术是对样品进行线共焦成像,只需对样品进行一维扫描就可以得到整个平面的像。设计了线结构光共焦成像实验装置,进行了线结构光共焦显微成像实验。实验结果证明了线结构光共焦成像的可行性,杂散光明显地减少,提高了成像清晰度,并且有光学层析能力。采用低照度高分辨率CCD代替价格昂贵的像增强器大大降低了系统成本。     

双色荧光辐射差分超分辨显微系统研究

为了拓展荧光辐射差分(Fluorescence Emission Difference,FED)显微术的应用,使得该方法可以同时对生物样品的不同组织结构进行超分辨成像,本文对双色FED显微系统展开了研究。FED的基本原理是将实心光斑扫描得到的共焦显微图像减去空心光斑扫描得到的负共焦图像,以此获得超分辨显微图像。在对单色FED显微系统进行研究后,本文提出了一种可行的双色FED显微成像系统方案。实验结果表明,在488 nm和640 nm激发光下,该系统在荧光颗粒上分别实现了135 nm和160 nm的空间分辨率,另外也能对生物样品的不同组织进行多色同时超分辨显微成像,满足了实际应用的要求。     

双光子技术在三维成像和三维存储技术中的应用

对双光子过程的空间分辨能力进行了理论分析。阐明了双光子技术在三维成像和三维存储中的独特优势。着重介绍了双光子技术与扫描共焦显微术、近场显微术相结合进行三维成像 ,以及一种多焦点多光子显微术和用连续光源激发的双光子三维成像技术的研究和进展情况。对建立在共焦显微镜基础之上的双光子三维光存储和微细加工方面的研究也作了回顾与展望     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望近式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长...     

界面折射率不一致对显微成像穿透深度的限制

在运用共焦显微术及低相干显微成像术等进行光学断层成像时,要将光束聚焦到样品内部以便实现光学断层成像,然而由于生物组织等的折射率与盖玻璃以及浸液不同,因而会引入很大的球差,从而使入射电磁波发生畸变.分析了由于多层折射率不一致而引入的球差的大小,并运用所得的公式计算了折射率不一致对光在样品中穿透深度及焦面附近光场分布的影响.     

反射式光纤共焦扫描成像的研究

建立了反射式光纤共焦扫描成像系统,分析了光纤－集光透镜参数Ａ及物透镜有效数值孔径等对系统成像分辨率的影响。并在此基础上选择了合适参数的透镜,获得了优化的反射式光纤共焦扫描成像系统,测试结果表明,该系统具有亚微米级横向成像能力,微米级向层析能力,成像稳定性那,它将应用于材料及生物组织三维成像检测中。     

DHL细胞中5-ALA代谢PpIX的双光子荧光光谱

双光子激发生物组织荧光,激发光仅作用于焦点区域,对生物样品的光漂白性和光毒性都很小,因而双光子荧光显微技术已成为细胞生物学研究的一种新技术。文章采用波长为820 nm飞秒激光激发孵育有5-ALA的DHL细胞,在激光扫描显微镜的Lambda模式中获得单个DHL细胞的双光子荧光光谱,并测量DHL细胞内积聚的卟啉九(PpIX)特征荧光值。获得了浓度分别为2, 4和10 mmol·L-1的5-ALA溶液中,细胞代谢的PpIX含量随孵育时间的变化情况。DHL细胞内积聚的PpIX处于动态变化过程,并呈现出两阶段性的特点：细胞内积聚的PpIX含量随着孵育时间增长而增加,在3 h附近达到最大值,随后随着孵育时间增长反而下降。结果表明,基于激光扫描显微的双光子荧光光谱可成为DHL细胞等白血病细胞摄取5-ALA并生成PpIX的动力学研究的有效方法。     

Stimulated emission depletion microscopy with a supercontinuum source and fluorescence lifetime imaging

We demonstrate stimulated emission depletion (STED) microscopy implemented in a laser scanning confocal microscope using excitation light derived from supercontinuum generation in a microstructured optical fiber. Images with resolution improvement beyond the far-field diffraction limit in both the lateral and axial directions were acquired by scanning overlapped excitation and depletion beams in two dimensions using the flying spot scanner of a commercially available laser scanning confocal microscope. The spatial properties of the depletion beam were controlled holographically using a programmable spatial light modulator, which can rapidly change between different STED imaging modes and also compensate for aberrations in the optical path. STED fluorescence lifetime imaging microscopy is demonstrated through the use of time-correlated single photon counting.     

光纤共焦扫描显微术用于光盘盘基预刻槽结构的检测

基于共焦扫描差分术,提出了检测不同表面反射率的物体表面表貌的方法,并提出了在光纤共焦扫描成像术中利用边缘判据进行边缘定位的极限尺度。上述思想用于检测光盘盘基预刻槽形结构,在建立的一套光纤共焦扫描成像装置上进行了光盘盘基预刻槽结构的检测,获得了槽宽、槽间距及槽深等实验数据,与槽标准参数相符。     

一种实现共焦显微镜空间微分成像的新方法

提出了一种实现共焦显微镜空间微分成像的新方法。为了获得空间微分图像,首先利用时间分辨技术结合互补调制技术,获得两束相位相反的调制光,然后利用这两束相位相反的调制光结合共焦扫描技术,实现共焦显微镜的空间微分成像。实验表明:这种空间微分技术可以准确实现共焦显微镜的空间微分成像,从而获得成像物体的边缘轮廓和实现边缘增强。     

Near-infrared laser scanning confocal microscopy and its application in bioimaging

Near-infrared (NIR) fluorescence imaging is an important imaging technology in deep-tissue biomedical imaging and related researches, due to the low absorption and scattering of NIR excitation and/or emission in biological tissues. Laser scanning confocal microscopy (LSCM) plays a significant role in the family of fluorescence microscopy. Due to the introduction of pinhole, it can provide images with optical sectioning, high signal-to-noise ratio and better spatial resolution. In this study, in order to combine the advantages of these two techniques, we set up a fluorescence microscopic imaging system, which can be named as NIR-LSCM. The system was based on a commercially available confocal microscope, utilizing a NIR laser for excitation and a NIR sensitive detector for signal collection. In addition, NIR fluorescent nanoparticles (NPs) were prepared, and utilized for fluorescence imaging of the ear and brain of living mice based on the NIR-LSCM system. The structure of blood vessels at certain depth could be visualized clearly, because of the high-resolution and large-depth imaging capability of NIR-LSCM.     

差动共焦显微成像高稳定三维扫描技术与系统

激光差动共焦显微镜具备高空间分辨率特点,但因其逐点扫描成像方式,扫描时间长,易受三维扫描系统不稳定和环境干扰等影响,产生系统漂移,影响仪器的空间分辨率。利用楔块机构高稳定特点,结合刹车机构的自由抱闸特性,设计了一种新型的轴向升降机构,由此构建了结构更具稳定特性的电动三维扫描系统。稳定性实验验证在搭建的激光差动共焦显微镜上进行,经过监测系统在90min内的轴向位置,轴向漂移小于50nm,与原三维扫描系统漂移140nm对比,漂移速度明显减慢,稳定性有显著提升,进而明显改善了差动共焦显微成像效果。     

Spectrally encoded confocal microscopy

An endoscope-compatible, submicrometer-resolution scanning confocal microscopy imaging system is presented. This approach, spectrally encoded confocal microscopy (SECM), uses a quasi-monochromatic light source and a transmission diffraction grating to detect the reflectivity simultaneously at multiple points along a transverse line within the sample. Since this method does not require fast spatial scanning within the probe, the equipment can be miniaturized and incorporated into a catheter or endoscope. Confocal images of an electron microscope grid were acquired with SECM to demonstrate the feasibility of this technique.