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申请/专利权人：杭州晶耐科光电技术有限公司

摘要：本发明公开了一种可用于活体细胞实时检测的干涉定量相位显微成像系统。本发明包括改进的显微成像系统、四波前横向剪切干涉系统；四波前横向剪切干涉系统包括混合光栅与CCD；改进的显微成像系统包括还包括窄带滤光片与孔径光阑共同组成的LED光源相干性限制系统；LED光源发出的光束经相干性限制系统的窄带滤光片与孔径光阑后，经第一准直透镜产生平行光，穿过样品载物台进入倒置显微物镜，出射光经反射镜与第二准直透镜后平行入射到四波前横向剪切干涉系统的混合光栅发生干涉，由CCD记录干涉图，再通过解调重构算法得到细胞三维图像。本发明可以在不损伤细胞的基础上进行实时成像，为细胞生物学的研究提出了新的活体检测方法。

主权项：1.可用于活体细胞实时检测的干涉定量相位显微成像方法，其特征在于该方法包括采用改进的显微成像系统、四波前横向剪切干涉系统，并将两者结合；四波前横向剪切干涉系统包括编码混合光栅S9与CCDS10；改进的显微成像系统包括白光LED光源S1、第一准直透镜S4、样品载物台S5、显微物镜S6、反射镜S7、第二准直透镜S8，还包括窄带滤光片S2与孔径光阑S3共同组成的LED光源相干性限制系统；白光LED光源S1发出的光束经相干性限制系统的窄带滤光片S2与孔径光阑S3后，经第一准直透镜S4产生平行光，穿过样品载物台S5进入倒置的显微物镜S6，出射光经反射镜S7与第二准直透镜S8后平行入射到四波前横向剪切干涉系统的编码混合光栅S9发生干涉，由CCDS10记录干涉图，再通过波前重构算法得到细胞三维图像；该方法具体实现包括：细胞三维图像的处理：细胞分割、细胞测量与细胞追踪；首先通过细胞分割方法，提取出细胞三维图像中的细胞区域；然后基于提取出的细胞区域，结合细胞三维图像中的相位信息，计算细胞体积与细胞干重；最后结合整个时间序列的细胞三维图像，建立约束函数，通过全局优化方法进行求解，追踪出细胞在整个时间序列中的位置变化；基于细胞分割结果，对每个细胞区域的深度值进行积分得到细胞的光学体积V，再通过细胞面密度与相位的对应关系得到细胞的干质量M： 其中，ds为重构图中最小单元格面积，λ为波长；α称为折射增量；细胞追踪实现如下：首先需要得到整个时间序列上对应细胞区域的干涉图，然后重构出该对应细胞区域在这一时间序列上的三维图像；在得到这一对应细胞区域的整个时间序列三维图像的基础上，综合位置与相位信息，建立全局优化函数，将细胞追踪问题转化为求解时间序列上的一系列坐标，使全局优化函数最大的解；选取初始位置，通过动态规划方法进行求解，从而得到细胞中心在时间序列上的移动坐标，具体实现如下：将整个时间序列的干涉图重构后，得到细胞三维图像数为N的三维图像序列gX,t，其中X＝x,y，是细胞三维图像的空间信息，x＝1,2,…,Nx，y＝1,2,…,Ny，其中Nx为细胞三维图像矩阵的列数，Ny为细胞三维图像矩阵的行数；t是整个过程中的时间变量t＝1,2,…,N；整个过程就变为计算追踪过程中，满足约束函数最大的细胞中心的最佳空间点Xt的求解；考虑到细胞在帧与帧之间的移动幅度是有限，即||Xt+1-Xt||Δ，在此基础上建立全局优化过程的约束函数ξX1，X2，…，Xt； 其中，M为归一化因子，θ表示调节因子，用于调节正负反馈；如公式5中所建立的约束函数，细胞的相位对约束函数带来的就是正反馈，两帧之间细胞的距离带来的就是负反馈，细胞追踪过程就变成了通过动态规划求解约束函数的极值点。

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