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中科院成功研制激光扫描实时立体显微镜

2017-03-04 02:01:50

　　人民网北京2月17日电（赵竹青）据中国科学院网站消息，日前，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室（简称：瞬态室）超分辨成像团队研制成功双光子激起激光扫描实时立体显微镜，首次把基于双目视觉的立体显微方法和高分辨率双光子激起激光扫描荧光显微技术结合在1起，实现了对3维荧光样品的高速立体成像，相干研究成果发表在2016年12月刊的PLOS ONE 杂志上，并被授权国家发明专利（专利号ZL201210384895.4）。

　　当代生命科学研究对光学显微技术提出了愈来愈高的要求——更高的空间分辨率、更大的成像深度、更快的成像速度。特别是对生物活体显微成像来讲，生物组织对光的散射使得噪声大大增强，严重影响了空间分辨率和成像深度。为了提高成像深度，双光子激起激光扫描荧光显微技术自20世纪90年代提出后被广泛利用于神经成像等领域，但是其逐点扫描的成像方式严重制约了成像速度。由于高分辨率光学显微镜的景深很小，要对样品完成3维成像，通常需要数10层乃至上百层的2维图象进行叠加重建得到，图象收集和处理1般需要数分钟乃至数10分钟，要快速实时地获得和显示3维图象非常困难。

　　瞬态室超分辨成像团队在研究员姚保利和叶彤的带领下，以双目视觉原理和贝塞尔光束产生扩大焦场为基础，提出了由4个振镜组成的激光束立体扫描装置，实现了对贝塞尔光束的横向位置和倾角共3个维度的控制，突破了只有两个自由度的传统激光扫描不能实时切换视角的限制。通过对4振镜立体扫描装置的优化设计和控制，实现了对贝塞尔光束的3自由度快速扫描，可在毫秒量级进行双视角切换，从而解决了激光扫描立体显微成像系统中双光路同时成像的技术困难，首次实现了基于双视角实时激光扫描的立体显微成像和显示系统。该系统可对样品进行立体动态成像和实时双目立体观测，其3维成像速度比传统的逐点扫描方式提高了1到两个数量级。该双光子立体显微系统为活体生物的3维实时成像和显示提供了1种新的观测工具。

　　“它可让我们像观看立体电影1样实时地观测动态的3维微观世界，无需光切片，无需耗时的3维图象重构。”杨延龙如此总结这套系统的特点，他负责设计和完成了其中的立体扫描和成像显示的关键部份。“双目视觉成像是非常高效的3维信息获得方式，但是现有的体视显微镜，空间分辨率和景深相互制约，我们利用3自由度扫描的贝塞尔光束进行非线性荧光激起突破了这类限制。”

　　这项研究前后在中科院“百人计划”和国家自然科学基金的支持下，从基本原理验证、关键技术突破，到原理样机完成，经历了从基础研究到利用集成的各个环节。目前，课题组正在与国内外相干科研机构展开生物医学利用的合作研究，期望尽快将该项技术利用于生物活体3维快速成像和显示领域。

中科院成功研制激光扫描实时立体显微镜