三維非掃描螢光全息成像技術研究

《三維非掃描螢光全息成像技術研究》是依託杭州電子科技大學，由賴小敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維非掃描螢光全息成像技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賴小敏
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

螢光成像技術能夠方便地用於生命過程的直觀無損檢測和監控，是生命科學和疾病診斷等領域不可缺的工具。傳統螢光成像技術需要通過掃描獲得三維信息，成像速度較慢，難以實時監測三維網路中的快速生命活動。螢光全息成像技術可實現三維螢光信息快速同步獲取，然而焦外干擾和解析度惡化等問題阻礙了全息技術在螢光探測中的廣泛套用。本項目擬結合寬場層析技術最新進展，去除全息成像系統焦外干擾，實現高信噪比三維層析成像。在上述基礎上，提高全息系統解析度，力求在保證成像速度優勢的前提下，達到與共聚焦技術匹敵的層析能力和解析度，實現三維螢光信息快速同步、高信噪比、高解析度成像。這一技術將為生命科學研究提供一個新的研究手段和工具，提供傳統方法無法獲取的高時空解析度數據，應對日益增長的成像需求，推動全息成像技術在生物醫學研究中的套用。

結題摘要

螢光全息成像技術可實現三維螢光信息快速同步獲取，但是全息系統的焦外干擾和解析度惡化等問題限制了其在螢光探測中的套用。本項目擬結合圖案照明層析技術去除全息成像系統的焦外干擾，實現高信噪比三維層析成像。在上述基礎上，研究全息系統的空間解析度，力求在保證全息體成像速度優勢的前提下，達到高層析能力和高空間解析度，實現三維螢光信息快速同步、高信噪比、高解析度成像。已有許多研究結果證實了全息體成像技術的高時間解析度特性，本目標實現的關鍵是高空間解析度。高空間解析度包括兩部分，一部分是提高橫向空間解析度，另一部分是提高軸向空間解析度，提高層析能力。我們的研究重點主要集中在這兩個部分。在實際研究中發現高空間解析度情況下，系統解析度對器件性能、結構參數等都非常敏感，空間光調製器的固有畸變以及系統其他缺陷引起的畸變已經大大限制了空間解析度的提高，成為限制提高系統空間解析度的主要因素。因而亟待解決的問題是如何校正這些畸變，消除高空間解析度成像研究中的障礙。在現有方法無法滿足項目需求的情況下，我們提出了新的像差校正方法。通過此方法能夠精確定量系統的像差變數，找到完整的數學模型。進一步，採用定量結果可以控制校正器件的參數，校正系統中的像差。與其他方法相比，本項目提出的方法不但能夠校正低階像差，也能夠校正高階像差。這種方法同樣適用於全息相位探測中的畸變補償。與通用的二維澤尼克多項式補償方法相比，本方法的校正精度更高。傳統的二維澤尼克多項式法對孔徑形狀敏感，無法去除物體區域的影響，只能將物體相位當著畸變一起校正，存在誤差。在我們方法中，可以完全消除物體相位的影響，得到正確的畸變數，進而得到物體準確的相位值。總之，通過項目中提出的方法可以完全校正系統中的像差，將空間解析度校正到衍射極限。因此目前已經完成了第一部分提高橫向空間解析度的研究，並取得了較好的研究進展。第二部分提高層析能力的工作仍然在研究中。