作者单位
摘要
扬州市职业大学 机械工程学院, 江苏 扬州 225009
现有基于迭代算法的超分辨显微技术通过收敛到极值的方式实现荧光显微镜的超分辨成像得到荧光图像中各点中心的精确值, 面临着图像数据处理过程较为复杂、对算力要求较高等问题。为了提高计算速度, 提出了基于线型回归的快速点扩散函数参数提取算法, 不需要涉及迭代过程。实验结果表明: 与现有能够精确计算出图像点中心位置和半高宽的对比算法相比, 虽然计算精度稍低, 但是该算法计算时间仅不到对比算法的20%。而且, 算法得到的计算结果可以作为更为精确的对比算法的初始参数, 能够使对比算法的整体计算时间降低30%。算法也可以作为一种实时的点扩散函数半高宽计算算法, 应用在显微镜自动聚焦中。
点扩散函数 超分辨显微成像 线性回归 point spread function super-resolution microscopic imaging linear regression 
光学技术
2023, 49(5): 534
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学 物理学院,陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学杭州研究院,浙江 杭州 311200
荧光显微镜具有对样品损伤小、可特异性成像等优点,是生物医学研究的主流成像手段。随着人工智能技术的快速发展,深度学习在逆问题求解中取得了巨大成功,被广泛应用于诸多领域。近年来,深度学习在荧光显微成像中的应用掀起了一个研究热潮,为荧光显微技术发展提供了性能上的突破与新思路。基于此,首先介绍了深度学习的基本网络模型,然后对基于深度学习的荧光显微成像技术在荧光显微的空间分辨率、图像采集及重建速度、成像通量和成像质量提升方面的应用进行阐述。最后,对目前深度学习在荧光显微成像中的研究进行总结与展望。
荧光显微成像 深度学习 超分辨 超分辨显微成像 图像重建 fluorescence microscopy imaging deep learning super-resolution super-resolution microscopy imaging image reconstruction 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220536
戴太强 1,2,3,4高晔 1,2,3,4马英 5蔡卜磊 1,2,3,4[ ... ]孔亮 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 军事口腔医学国家重点实验室,陕西 西安 710032
2 国家口腔疾病临床医学研究中心,陕西 西安 710032
3 陕西省口腔疾病临床医学研究中心,陕西 西安 710032
4 第四军医大学口腔医院 颌面外科,陕西 西安 710032
5 西安电子科技大学 物理学院,陕西 西安 710171
观察细胞器间动态相互作用,深入分析作用规律,对于揭示生理病理过程现象背后的机制具有十分重要的意义。传统光学显微镜受到由光波波长和孔径造成的衍射极限的限制,无法观测细胞器纳米级精细结构及细胞器间相互作用的动态变化规律。超分辨显微成像技术的出现为细胞器相互作用研究提供了重要手段,在深入揭示细胞器相互作用规律,阐明生理病理现象深层的机制研究中发挥了重要的作用。文中介绍了受激发射损耗(Stimulated emission depletion, STED)显微成像、结构光照明显微成像(Structured illumination microscopy, SIM)、单分子定位显微成像(Single molecule localization microscopy, SMLM)技术,并总结了这三类超分辨显微成像技术在细胞器相互作用中的应用与现状,为超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的应用提供思路拓展。最后,对超分辨显微成像技术在细胞器相互作用研究中的优势与不足进行分析总结,展望了超分辨显微成像技术在活细胞内细胞器相互作用成像中的需求发展趋势,为光学与医学及生物学的交叉融合发展提供一定的参考。
超分辨显微成像 细胞器间相互作用 受激发射损耗显微成像 结构光照明显微成像 单分子定位显微成像 super-resolution microscopy organelle interaction stimulated emission depletion microscopy structured illumination microscopy single molecule localization microscopy 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220622
作者单位
摘要
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
光学显微镜是人类探索微观世界的重要工具,在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域发挥重要作用。由于衍射极限的存在,发展更高质量、更高空间分辨率的超分辨光学显微成像技术成为当下研究的前沿热点。基于微球透镜的超分辨显微成像技术有着易于实现、简单直接和免标记的显著优点,发展潜力巨大。但是单个微球的视野有限,且难以进行精确定位。提高微球的可操控性,拓展超分辨显微成像视场的范围,已成为该技术突破发展的核心关键。文中在介绍微球超分辨的成像原理,分析影响成像质量主要因素的基础上,重点总结了国内外团队在拓展微球透镜超分辨显微成像视场方面的最新研究进展。根据微球的操控方式,将研究工作总结为机械接触控制、微球辅助增强层、非接触控制和微球物镜一体化四类进行介绍,探讨其技术特点,并对大视场成像、图像拼接等面向视场拓展的图像处理技术进行论述。最后,提出微球透镜超分辨显微成像技术亟待解决的关键问题、存在的难点与挑战,以及未来开展研究工作的突破点,展望了该技术的发展与应用拓展方向。
超分辨显微成像 微球透镜 成像视场 图像拼接 super-resolution microscopic imaging microspheric lens field of view image stitching 
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210438
作者单位
摘要
上海交通大学生物医学工程学院,上海 200240

超分辨显微成像技术是生物医学领域的重要成像工具,它通过突破光学衍射的极限,以纳米级尺度解析大脑神经元的结构,其在活体大脑成像中的应用对于神经科学的发展具有重要影响。由于组织光散射、生物相容性、成像系统兼容性等因素,超分辨显微成像技术在活体大脑成像的深度、速度、时间等方面都受到限制。基于传统的双光子显微成像策略,本文介绍了目前应用于活体大脑成像的受激发射损耗显微成像和结构光照明显微成像的研究进展,分析了它们存在的困难和挑战,最后总结了应对挑战的思路并对未来的发展进行了展望。

医用光学 超分辨显微成像 活体成像 大脑成像 双光子显微成像 受激发射损耗显微成像 结构光照明显微成像 medical optics super-resolution microscopy in vivo imaging brain imaging two-photon microscopy stimulated emission depletion microscopy structure illumination microscopy 
中国激光
2022, 49(20): 2007301
作者单位
摘要
1 浙江经贸职业技术学院人文旅游系,浙江 杭州 310018
2 浙江大学生物医学工程系,生物医学工程教育部重点实验室,浙江省心脑血管检测技术与 药效评价重点实验室,浙江 杭州 310027
荧光超分辨显微成像技术的发展使得人们有望以前所未有的时空分辨率来实现细胞内动态生命活动的纳米尺度探测。传统超分辨显微成像技术需要较强的激发光源或采集数量较多的原始数据用于图像重建,因此在活细胞动态实时成像应用中存在不足。深度学习驱动的超分辨成像新技术的研究,有望在多个方面突破现有超分辨成像技术的发展瓶颈。从超分辨成像技术的原理出发,分析了传统超分辨成像技术的不足,总结阐述了深度学习技术在超分辨显微成像领域中的最新应用及未来的研究方向与面临的挑战。
医用光学 荧光成像 超分辨显微成像 深度学习 图像重建 medical optics fluorescence microscopy super-resolution microscopy deep learning image reconstruction 
激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2400007
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院, 北京 100081

大视场、高分辨率以及相位成像是光学显微领域长期追求的目标,然而这些性能在传统显微成像技术框架中难以兼顾,这在很大程度上限制了传统显微成像技术的应用范围。传统的显微成像方法通常以提高系统造价或降低其他成像性能为代价来提升成像空间带宽积或相位成像能力。傅里叶叠层显微 (FPM) 成像作为一个极具代表性的计算显微成像技术框架,无需精密机械扫描装置及干涉测量系统即可同时实现大空间带宽积与定量相位成像,相关理论及技术已经在数字显微、生命科学等领域得到了广泛的研究和应用,具有非常高的研究价值和应用前景。从基本的物理模型、相位恢复算法以及系统构建方式等几个方面对傅里叶叠层显微成像的相关研究进展进行综述,并对其理论和应用的发展方向进行分析和讨论。

成像系统 傅里叶叠层显微 相位成像 计算成像 超分辨显微成像 image system Fourier ptychography microscopy phase imaging computational imaging super-resolution microscopy 
激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1400001
作者单位
摘要
1 深圳大学 光电工程学院 光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518060
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种结合和频效应和环形光照明的远场超分辨红外显微成像方法。红外光、不同频率的环形和高斯可见光同时共轴激发样品, 当红外光频率等于样品分子某一共振频率时, 样品分子吸收红外光到达振动激发态, 环形和高斯可见光与共振分子作用分别产生无效和有效的和频信号。利用三束光的矢量光场表达式和模型能级系统的速率方程进行数值模拟发现, 当总可见光足够强时, 可使总和频信号饱和, 环形和高斯可见光与共振分子的作用出现竞争, 通过提高环形可见光光子流密度超过饱和光子流密度, 并降低高斯可见光光子流密度, 可有效地抑制环形区域有效和频信号的产生, 从而达到压缩PSF的目的, 在物镜数值孔径0.6的情况下, 通过数值模拟得到有效和频信号PSF半高宽为56 nm。
红外吸收 超分辨显微成像 衍射极限 高分辨 infrared absorption super-resolution microscopy diffraction limit high-resolution 
红外与激光工程
2018, 47(8): 0804003
作者单位
摘要
1 中国科学院核酸生物学重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院大学生命科学学院, 北京 100049
超分辨显微成像技术使细胞生物学进入到了一个全新的时代, 但如何进一步提高超分辨显微成像技术的时空分辨率仍是光学领域需要解决的重要问题。目前为止几乎所有的超分辨显微成像技术都依赖于荧光探针, 光调控荧光蛋白作为一类特殊的荧光探针, 可以被不同波长的激发光所激活, 产生随机或者特殊结构样式的信号。利用这些信息, 透镜系统的空间分辨率得到了提高。通过总结光调控荧光蛋白的各类参数, 从荧光探针入手, 寻找进一步提高成像系统空间分辨率的方法与策略, 为选取适当的荧光探针提供建议, 并且阐述了荧光蛋白与超分辨显微成像技术之间的关系。
显微 超分辨显微成像 荧光探针 光调控荧光蛋白 microscopy super-resolution microscopy fluorescent probes light regulated fluorescent proteins Skylan-S Skylan-S Skylan-NS Skylan-NS 
光学学报
2017, 37(3): 0318008

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