光学学报, 2017, 37 (3): 0318013, 网络出版: 2017-03-08   

结合去卷积的艾里光束片状光显微成像研究 下载: 910次

Airy Beam Light Sheet Microscopy with Deconvolution
作者单位
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏省医用光学重点实验室, 江苏 苏州 215163
2 中国科学院大学, 北京 100049
摘要
为了解决传统高斯光束片状光照明显微成像技术高轴向分辨率时视场范围(FOV)小的问题, 结合艾里光束片状光照明样本成像与去卷积算法, 实现了光片显微镜对样本的高轴向分辨率大视场成像。数值模拟了高斯光束与艾里光束经过物镜聚焦后的光强分布。搭建实验光路系统, 在液晶空间光调制器上加载三次相位图生成艾里光束, 并扫描光束生成片状光照明荧光微球、染色的斑马鱼肌肉组织进行成像实验。在艾里光束光片显微镜成像结果基础上, 建立去卷积算法进行图像恢复, 克服了艾里光束光片显微镜成像范围大但轴向分辨率不高的问题, 对荧光微球成像, 探测放大倍率为42倍, FOV从高斯光束光片显微镜的25 μm扩大到208 μm;对染色的斑马鱼肌肉组织进行成像, 探测放大倍率为53倍, FOV由20 μm扩大到167 μm。仿真和实验表明, 通过艾里光束光片显微镜与去卷积算法的结合可以在扩展光片显微镜成像视场的同时提高轴向分辨率。
Abstract
In order to form an extended light sheet to provide high resolution across a large field of view (FOV), the combination of Airy beam light sheet illumination and deconvolution arithmetic is proposed. The light intensity distributions of Gaussian beam and Airy beam in the focal plane of the objective are numerically simulated. The light sheet microscope setup is constructed. Airy beam is created by modulating the wavefront with a cubic polynomial function, and fluorescent microspheres and stained zebrafish musculature are imaged. Finally, based on the pictures imaged by Airy light sheet microscopy, deconvolution arithmetic is built to improve the axial resolution. For fluorescent microspheres (the amplification is 42), the FOV is extended from 25 μm to 208 μm. For labeled zebrafish musculature (the amplification is 53), the FOV is extended from 20 μm to 167 μm.The experimental result and numerical simulation all suggest that the FOV of the system can be extended with high resolution.

徐豪, 张运海, 张欣, 肖昀, 黄维. 结合去卷积的艾里光束片状光显微成像研究[J]. 光学学报, 2017, 37(3): 0318013. Xu Hao, Zhang Yunhai, Zhang Xin, Xiao Yun, Huang Wei. Airy Beam Light Sheet Microscopy with Deconvolution[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(3): 0318013.

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