【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，超快光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚保利研究員團(tuán)隊(duì)在大視場(chǎng)雙光子散射顯微成像領(lǐng)域取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于光學(xué)類(lèi)國(guó)際知名期刊Nanophotonics。論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所2021級(jí)博士研究生楊睿文，通訊作者為姚保利研究員和楊延龍正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所是第一完成單位和通訊單位。
 

　　在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，尤其是深層組織成像中，樣品的散射和系統(tǒng)的像差會(huì)嚴(yán)重降低圖像質(zhì)量并限制成像深度。自適應(yīng)光學(xué)(AO)技術(shù)通過(guò)補(bǔ)償波前畸變來(lái)提高成像質(zhì)量，最早在天文學(xué)中用于校正大氣湍流的影響，后被引入顯微成像領(lǐng)域以校正像差和生物組織的散射。目前雙光子顯微成像領(lǐng)域最常見(jiàn)的AO方法是Zernike模式分解法，該方法對(duì)于較弱的像差補(bǔ)償效果較好，但受光學(xué)記憶效應(yīng)范圍的限制，校正相位僅僅對(duì)于一個(gè)小區(qū)域視場(chǎng)有較好的效果。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種針對(duì)深層組織顯微成像的大視場(chǎng)波前校正方法——基于圖像的干涉焦點(diǎn)感應(yīng)波前校正方法(圖1)。該方法利用全視場(chǎng)圖像信息評(píng)估參數(shù)作為干涉焦點(diǎn)感應(yīng)方法的輸入，獲得了更穩(wěn)定校正效果的同時(shí)，展現(xiàn)出高穩(wěn)定、抗干擾的特點(diǎn)。
 

圖1 基于圖像的干涉焦點(diǎn)感應(yīng)(IBIFS)方法原理圖
 

　　在共振掃描振鏡雙光子激發(fā)熒光顯微成像系統(tǒng)中，研究人員首先對(duì)散射體下的熒光小球樣品進(jìn)行了大視場(chǎng)波前校正(圖2)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于小區(qū)域信號(hào)校正的方法(ROI-based)僅對(duì)參考點(diǎn)B1附近的視場(chǎng)有較好的校正效果，而IBIFS方法(MHF-based)可以利用全視場(chǎng)的圖像信息反饋調(diào)節(jié)校正相位，具有全視場(chǎng)的校正效果。
 

圖2 熒光小球樣品的散射校正實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

　　在小鼠腦神經(jīng)切片樣品散射校正實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖3)顯示ROI-based的校正效果依賴(lài)于參考區(qū)域的樣品結(jié)構(gòu)分布，局部?jī)?yōu)化效果較好而全局優(yōu)化效果較差。而IBIFS方法校正后的圖像總強(qiáng)度增強(qiáng)倍數(shù)比基于小區(qū)域信號(hào)的方法高37%，實(shí)現(xiàn)了更穩(wěn)定的大視場(chǎng)校正。該技術(shù)可應(yīng)用于高速共振掃描雙光子顯微鏡，為腦科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等領(lǐng)域提供增強(qiáng)顯微成像工具。
 

　　研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈等項(xiàng)目的支持。
 

圖3 小鼠大腦切片樣品的散射校正實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

　　姚保利團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在利用超短脈沖激光的顯微成像領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，利用光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有高景深的類(lèi)貝塞爾光束的快速立體掃描成像，先后承擔(dān)了中國(guó)科學(xué)院科研裝備研制項(xiàng)目和國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目，并與多家科研院所和高校開(kāi)展了合作研究。此外，團(tuán)隊(duì)在基于光場(chǎng)調(diào)控的光學(xué)顯微成像和光學(xué)微操縱方面開(kāi)展了長(zhǎng)期的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作，在PNAS、Nature Com.、PRL、Rep. Prog. Phys.、Adv. Opt. Photon.等期刊發(fā)表論文300余篇，授權(quán)多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，曾獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)。