新型多焦点结构光显微成像技术

耿金华，龙志军，张 炜

（佛山职业技术学院，广东 佛山 528137）

1 引言

共聚焦激光扫描显微镜是生物成像领域中被广泛使用的成像设备[1-2]，能够在荧光样品（细胞或组织）成像时获取到层析图像。在成像过程中，使用单个激光焦斑对样品进行逐点扫描，再利用针孔有效地去除离焦信号。这种逐点扫描方法限制了成像速度，难以用来观测活体标本的动态变化。相比之下，MSIM通过快速投射多个离散的光斑进行扫描，使用CCD相机捕捉多焦点图像，从而获得更高的成像速度[3-5]。通过对这些多焦点图像添加数字针孔、重定位运算及叠加处理，MSIM可以在1 Hz的帧速下获得空间分辨率大幅提升（超过衍射极限）的层析图像[3]。在传统的MSIM系统中，通常使用针孔阵列来抑制散射光和离焦荧光信号，但是无法消除深层的离焦信号，导致成像结果中出现明显的背景信号[6]。DUSSAUX等人为了抑制这种离焦信号而提出一种多点扫描差分共焦成像技术[7]。该方法采用图像差分的方式消除背景信号，在抑制离焦信号的同时也会降低成像结果的信噪比（SNR）。

针对现有MSIM技术中使用针孔阵列无法滤除深层离焦信号的问题，本文将层析能力更强的方差层析成像方法与重定位算法结合，实现MSIM层析-超分辨成像。这种改进的MSIM方法将具有较高分辨率的重定位图像和具有层析效果的方差层析图像结合起来，在分别提取方差层析图像的低频频域分量和重定位图像的高频频域分量之后进行叠加，可以得到同时具有这两种图像优势（高分辨率及层析能力）的层析-超分辨图像。……