中科院成功研制激光掃描實時立體顯微鏡

　　花粉和熒光小球樣品的紅藍立體圖像（可佩戴紅藍眼鏡觀看）

　　據中國科學院網站消息，日前，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室（簡稱：瞬態室）超分辨成像團隊研制成功雙光子激發激光掃描實時立體顯微鏡，首次把基于雙目視覺的立體顯微方法和高分辨率雙光子激發激光掃描熒光顯微技術結合在一起，實現了對三維熒光樣品的高速立體成像，相關研究成果發表在2016年12月刊的PLOS ONE 雜志上，并被授權國家發明ZL（ZL號ZL201210384895.4）。

　　當代生命科學研究對光學顯微技術提出了越來越高的要求——更高的空間分辨率、更大的成像深度、更快的成像速度。特別是對于生物活體顯微成像來說，生物組織對光的散射使得噪聲大大增強，嚴重影響了空間分辨率和成像深度。為了提高成像深度，雙光子激發激光掃描熒光顯微技術自20世紀90年代提出后被廣泛應用于神經成像等領域，但是其逐點掃描的成像方式嚴重制約了成像速度。因為高分辨率光學顯微鏡的景深很小，要對樣品完成三維成像，通常需要數十層乃至上百層的二維圖像進行疊加重建得到，圖像采集和處理一般需要數分鐘甚至數十分鐘，要快速實時地獲取和顯示三維圖像非常困難。

　　瞬態室超分辨成像團隊在研究員姚保利和葉彤的帶領下，以雙目視覺原理和貝塞爾光束產生擴展焦場為基礎，提出了由四個振鏡組成的激光束立體掃描裝置，實現了對貝塞爾光束的橫向位置和傾角共三個維度的控制，突破了只有兩個自由度的傳統激光掃描不能實時切換視角的限制。通過對四振鏡立體掃描裝置的優化設計和控制，實現了對貝塞爾光束的三自由度快速掃描，可在毫秒量級進行雙視角切換，從而解決了激光掃描立體顯微成像系統中雙光路同時成像的技術難題，首次實現了基于雙視角實時激光掃描的立體顯微成像和顯示系統。該系統可對樣品進行立體動態成像和實時雙目立體觀測，其三維成像速度比傳統的逐點掃描方式提高了一到兩個數量級。該雙光子立體顯微系統為活體生物的三維實時成像和顯示提供了一種新的觀測工具。

　　“它可以讓我們像觀看立體電影一樣實時地觀測動態的三維微觀世界，無需光切片，無需耗時的三維圖像重構。”楊延龍如此總結這套系統的特點，他負責設計和完成了其中的立體掃描和成像顯示的關鍵部分。“雙目視覺成像是非常高效的三維信息獲取方式，但是現有的體視顯微鏡，空間分辨率和景深互相制約，我們利用三自由度掃描的貝塞爾光束進行非線性熒光激發突破了這種限制。”

　　這項研究先后在中科院“百人計劃”和國家自然科學基金的支持下，從基本原理驗證、關鍵技術突破，到原理樣機完成，經歷了從基礎研究到應用集成的各個環節。目前，課題組正在與國內外相關科研機構開展生物醫學應用的合作研究，期望盡快將該項技術應用于生物活體三維快速成像和顯示領域。