專利名稱：激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法
激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光掃描共焦顯微鏡的掃描成像方法，具體涉及一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法。
背景技術(shù)：
激光掃描共焦顯微鏡(LaserScanning Confocal Microscope,LSCM)利用激光點(diǎn)作為熒光的激發(fā)光并通過掃描裝置對(duì)標(biāo)本進(jìn)行連續(xù)掃描，并通過空間共軛光闌(針孔)阻擋離焦平面光線而成像的一種顯微鏡；激光掃描共焦顯微鏡是研究亞微米細(xì)微結(jié)構(gòu)的有效技術(shù)手段，是從事生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)研究的科技工作者必備的大型科研儀器。如圖I所示，為激光掃描共焦顯微鏡的雙振鏡X-Y掃描機(jī)構(gòu)，包括控制器、及X-Y掃描振鏡，所述控制器用于驅(qū)動(dòng)、控制掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)。上述激光掃描共焦顯微鏡采用點(diǎn)掃描的成像方式，在掃描過程中需使掃描點(diǎn)能夠遍歷整個(gè)顯微視場。其中，振鏡的掃描角度θ χ、Θ y與X-Y平面上的點(diǎn)(X，y)存在一定的映射關(guān)系
卜=/水Λ)\ \具體，激光掃描共焦顯微鏡的掃描過程分為粗掃描和細(xì)掃描，在上述粗掃描過程中逐行掃描，掃描行數(shù)少(每行掃描的間距較大)，大致描繪出圖像輪廓；在上述細(xì)掃描過程中依然采用逐行掃描的方式，但每行掃描的間距縮小，掃描行數(shù)激增，且由于在掃描過程中，掃描振鏡需往返運(yùn)動(dòng)，且僅在去程進(jìn)行掃描。因此，為有效的減少掃描過程中的振鏡調(diào)整時(shí)間，需要一個(gè)快速的大范圍回程，但是，掃描振鏡在這個(gè)過程中劇烈震動(dòng)，加速振鏡鍍膜的老化，降低振鏡系統(tǒng)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，有效的減少掃描振鏡工作過程中的振鏡調(diào)整時(shí)間，無純行掃描切換方式的快速大范圍回程過程，有益于延長振鏡系統(tǒng)使用壽命。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法包括步驟一、對(duì)樣本進(jìn)行快速預(yù)掃描；步驟二、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別；步驟三、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；步驟四、根據(jù)所述的矢量式掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，激光掃描共焦顯微鏡獲取樣本的掃描圖像。優(yōu)選地，所述的快速預(yù)掃描為掃描振鏡以行掃描的方式對(duì)樣本進(jìn)行粗略的掃描，獲得樣本ROI的基本信息。優(yōu)選地，在執(zhí)行步驟三之后、執(zhí)行步驟四之前還包括掃描路徑判斷；所述的掃描路徑判斷，判斷矢量式掃描路徑范圍是否符合掃描需求，如符合，則執(zhí)行步驟四；如不符合，則對(duì)樣本ROI進(jìn)行調(diào)整，執(zhí)行步驟三重新進(jìn)行掃描的路徑生成。優(yōu)選地，所述的矢量式掃描螺旋為內(nèi)螺旋掃描或外螺旋掃描。優(yōu)選地，所述的螺旋掃描呈方形。優(yōu)選地，所述的螺旋掃描呈三角形。優(yōu)選地，所述的螺旋掃描呈圓形。優(yōu)選地，所述的螺旋掃描呈橢圓形。本發(fā)明的激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別；并對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，根據(jù)掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描。在矢量式掃描過程中，X方向和Y方向的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)形成激光光斑掃描軌跡，無現(xiàn)有純行掃描切換方式的快速大范圍回程過程，有效的減少掃描振鏡工作過程中的振鏡調(diào)整時(shí)間，提高了 ROI的整體成像速度；并且由于采用螺旋式掃描，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于行掃描振鏡過程中劇烈震動(dòng)而引起振鏡鍍膜的老化的問題，有益于延長振鏡的使用壽命。

圖I示出現(xiàn)有技術(shù)中激光掃描共焦顯微鏡的雙振鏡X-Y掃描機(jī)構(gòu)的示意圖。圖2示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡振鏡掃描系統(tǒng)的原理框圖。圖3示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法流程圖。圖4示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡另一實(shí)施例的矢量式掃描方法的流程圖。圖5不出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的樣本外螺旋掃描不意圖。圖6示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的樣本內(nèi)螺旋螺旋掃描示意圖。圖7不出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的長方形螺旋掃描不意圖。圖8示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的正方形螺旋掃描示意圖。圖9示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的三角形螺旋掃描示意圖。圖10示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的圓形螺旋掃描示意圖。圖11示出本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法的橢圓形螺旋掃描示意圖。
具體實(shí)施方式參考圖2所示，本發(fā)明提供一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，用于激光掃描共焦顯微鏡，包括控制器10、與控制器10連接的掃描振鏡驅(qū)動(dòng)器20、以及正交設(shè)置的兩掃描振鏡30、一反饋單元40，所述控制器10經(jīng)掃描振鏡驅(qū)動(dòng)器20對(duì)掃描振鏡30進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制，并根據(jù)反饋單元40檢測到的掃描振鏡位置信息對(duì)掃描振鏡30的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。參考圖3所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法包括SI、對(duì)樣本進(jìn)行快速預(yù)掃描；S2、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI (Region Of Interest,感興趣區(qū)域)識(shí)別；S3、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；所述的快速預(yù)掃描為掃描振鏡以行掃描的方式對(duì)樣本進(jìn)行粗略的掃描，獲得樣本ROI的基本信息。S4、根據(jù)所述的矢量式掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取樣本的掃描圖像。所述的矢量精細(xì)掃描為根據(jù)步驟三得到的矢量式掃描路徑控制掃描振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)樣本ROI進(jìn)行遍歷，獲取樣本的掃描圖像。對(duì)于生成的掃描路徑上的點(diǎn)(Xi，yi)，利用映射關(guān)系.,計(jì)算出掃描振鏡擺動(dòng)角度(Θ I Θ iy)，由激光掃描共焦顯微鏡的控制器將含有角度信息(Qix, eg序列的控制量發(fā)送到掃描振鏡驅(qū)動(dòng)器在樣本平面上實(shí)現(xiàn)矢量式掃描，最終獲取生成樣本的掃描圖像。激光掃描共焦顯微鏡在組織生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因?qū)W、胚胎學(xué)、神經(jīng)學(xué)、病理學(xué)、免疫學(xué)、流行病學(xué)、腫瘤學(xué)、細(xì)菌學(xué)、病毒學(xué)等生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。此外，激光掃描共焦顯微鏡在陶瓷、金屬、半導(dǎo)體、芯片等材料的研發(fā)和生產(chǎn)檢測等領(lǐng)域中也具有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別；并對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，根據(jù)掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描，在矢量式掃描過程中，X方向和Y方向的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)形成激光光斑掃描軌跡，無現(xiàn)有純行掃描切換方式的快速大范圍回程過程，有效的減少掃描振鏡工作過程中的振鏡調(diào)整時(shí)間，提高了 ROI的整體成像速度；并且由于采用螺旋式掃描，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于行掃描振鏡過程中劇烈震動(dòng)而引起振鏡鍍膜的老化的問題，有益于延長振鏡的使用壽命。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I參考圖4所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法包括S11、對(duì)樣本進(jìn)行快速預(yù)掃描；S21、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別；S31、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；S41、對(duì)矢量式掃描路徑進(jìn)行掃描路徑判斷；所述的掃描路徑判斷，判斷矢量式掃描路徑范圍是否符合掃描需求，如符合，執(zhí)行步驟S61 ；
S51、如不符合，則對(duì)樣本ROI進(jìn)行調(diào)整，執(zhí)行步驟S31 ；S61、根據(jù)所述的矢量式掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取樣本的掃描圖像。所述的掃描需求為所述的掃描路徑涵蓋樣本ROI的全部區(qū)域，使樣本圖像掃描完整；所述的掃描路徑無效掃描區(qū)域最少，提高ROI的整體成像速度；所述的掃描路徑也可以跟進(jìn)用戶的需求進(jìn)行調(diào)整。實(shí)施例2參考圖5所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法包括SI、對(duì)樣本(圖中5a所示，)進(jìn)行快速預(yù)掃描(圖中5b所示)；S2、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別(圖中5c所示)；S3、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行外螺旋掃描路徑生成(圖中5d所示)，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；S4、根據(jù)所述的外螺旋掃描路徑(圖中5d所示)對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取樣本的掃描圖像。上述掃描過程也可以根據(jù)實(shí)施例I的包括步驟S41 :掃描路徑判斷、S51 :樣本ROI進(jìn)行調(diào)整、S61 :矢量精細(xì)掃描，亦即在實(shí)施例I中的矢量式掃描路徑為外螺旋掃描路徑。其中，圖中5a為樣本的輪廓示意圖，所述樣本為生物細(xì)胞包括細(xì)胞壁101、細(xì)胞器102細(xì)胞器103，本發(fā)明的矢量式掃描方法即要掃描出樣本的圖像信息。實(shí)施例3參考圖6所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法包括SI I、對(duì)樣本(圖中6a所示)進(jìn)行快速預(yù)掃描(圖中6b所示)；S21、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別(圖中6c所示)；S31、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行內(nèi)螺旋掃描路徑生成(圖中6d所示)，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；S41、對(duì)內(nèi)螺旋掃描路徑進(jìn)行掃描路徑判斷；所述的掃描路徑判斷，判斷外螺旋掃描路徑范圍是否符合掃描需求，如符合，執(zhí)行步驟S61 ；S51、如不符合，則對(duì)樣本ROI進(jìn)行調(diào)整，執(zhí)行步驟S31 ；S61、根據(jù)所述的內(nèi)螺旋掃描路徑(圖中6d所示)對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照內(nèi)螺旋掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取樣本的掃描圖像。其中，圖中6a為樣本的輪廓示意圖，所述樣本為生物細(xì)胞包括細(xì)胞壁101、細(xì)胞器102細(xì)胞器103，本發(fā)明的矢量式掃描方法即要掃描出樣本的圖像信息。實(shí)施例4參考圖7、8所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法，在依據(jù)實(shí)施例1、2或3進(jìn)行激光掃描共焦顯微鏡的螺旋掃描路徑中，所述的螺旋掃描路徑為方形外螺旋掃描或方形內(nèi)螺旋掃描。所述的方形可以為長方形或正方形，亦即所述的螺旋掃描路徑為長方形外螺旋掃描(圖中7a所示)、長方形內(nèi)螺旋掃描(圖中7b所示)、正方形外螺旋掃描(圖中8a所示)或正方形內(nèi)螺旋掃描(圖中8b所示)，生成掃描路徑。實(shí)施例5
參考圖9所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法，在依據(jù)實(shí)施例I或、2或3進(jìn)行激光掃描共焦顯微鏡的螺旋掃描路徑中，所述的螺旋掃描路徑為三角形外螺旋掃描(圖中9a所示)或三角形內(nèi)螺旋掃描(圖中％所示)，生成掃描路徑。實(shí)施例6參考圖10所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法，在依據(jù)實(shí)施例I或、2或3進(jìn)行激光掃描共焦顯微鏡的螺旋掃描路徑中，所述的螺旋掃描路徑為圓形外螺旋掃描(圖中IOa所示)或圓形內(nèi)螺旋掃描(圖中IOb所示)，生成掃描路徑。實(shí)施例7參考圖11所示，本發(fā)明的矢量式掃描方法，在依據(jù)實(shí)施例I或、2或3進(jìn)行激光掃描共焦顯微鏡的螺旋掃描路徑中，所述的螺旋掃描路徑為橢圓形外螺旋掃描(圖中Ila所示)或橢圓形內(nèi)螺旋掃描(圖中Ila所示)，生成掃描路徑。本發(fā)明的激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別；并對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，根據(jù)掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描，在矢量式掃描過程中，X方向和Y方向的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)形成激光光斑掃描軌跡，無現(xiàn)有純行掃描切換方式的快速大范圍回程過程，有效的減少掃描振鏡工作過程中的振鏡調(diào)整時(shí)間，提高了 ROI的整體成像速度；并且由于采用螺旋式掃描，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于行掃描振鏡過程中劇烈震動(dòng)而引起振鏡鍍膜的老化的問題，有益于延長振鏡的使用壽命。以上所述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，其特征在于，所述矢量式掃描方法包括 步驟一、對(duì)樣本進(jìn)行快速預(yù)掃描； 步驟二、對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI識(shí)別； 步驟三、基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI ；步驟四、根據(jù)所述的矢量式掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，激光掃描共焦顯微鏡獲取樣本的掃描圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的快速預(yù)掃描為掃描振鏡以行掃描的方式對(duì)樣本進(jìn)行粗略的掃描，獲得樣本ROI的基本信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的矢量式掃描方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟三之后、執(zhí)行步驟四之前還包括 掃描路徑判斷判斷矢量式掃描路徑范圍是否符合掃描需求， 如符合，則執(zhí)行步驟四；如不符合，則對(duì)樣本ROI進(jìn)行調(diào)整，執(zhí)行步驟三重新進(jìn)行掃描的路徑生成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的矢量式掃描為內(nèi)螺旋掃描或外螺旋掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的螺旋掃描呈方形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的螺旋掃描呈三角形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的螺旋掃描呈圓形。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的矢量式掃描方法，其特征在于，所述的螺旋掃描呈橢圓形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光掃描共焦顯微鏡的矢量式掃描方法，包括對(duì)樣本進(jìn)行快速預(yù)掃描；對(duì)快速預(yù)掃描后的樣本進(jìn)行ROI(感興趣區(qū)域)識(shí)別；基于所述的ROI識(shí)別對(duì)樣本進(jìn)行矢量式掃描路徑生成，生成的掃描路徑覆蓋樣本ROI；根據(jù)所述的矢量式掃描路徑對(duì)樣本ROI進(jìn)行矢量精細(xì)掃描在控制器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)掃描振鏡按照矢量式掃描路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，激光掃描共焦顯微鏡獲取樣本的掃描圖像。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102818797SQ20121026432
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者黃維, 張運(yùn)海, 薛曉君, 高飛, 張龍, 陳瑞濤 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所