专利名称：激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法
激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法
技术领域：
本发明涉及一种激光扫描共焦显微镜的扫描成像方法，具体涉及一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法。
背景技术：
激光扫描共焦显微镜(LaserScanning Confocal Microscope,LSCM)利用激光点作为荧光的激发光并通过扫描装置对标本进行连续扫描，并通过空间共轭光阑(针孔)阻挡离焦平面光线而成像的一种显微镜；激光扫描共焦显微镜是研究亚微米细微结构的有效技术手段，是从事生物医学和材料科学研究的科技工作者必备的大型科研仪器。如图I所示，为激光扫描共焦显微镜的双振镜X-Y扫描机构，包括控制器、及X-Y扫描振镜，所述控制器用于驱动、控制扫描振镜的运动。上述激光扫描共焦显微镜采用点扫描的成像方式，在扫描过程中需使扫描点能够遍历整个显微视场。其中，振镜的扫描角度θ χ、Θ y与X-Y平面上的点(X，y)存在一定的映射关系
卜=/水Λ)\ \具体，激光扫描共焦显微镜的扫描过程分为粗扫描和细扫描，在上述粗扫描过程中逐行扫描，扫描行数少(每行扫描的间距较大)，大致描绘出图像轮廓；在上述细扫描过程中依然采用逐行扫描的方式，但每行扫描的间距缩小，扫描行数激增，且由于在扫描过程中，扫描振镜需往返运动，且仅在去程进行扫描。因此，为有效的减少扫描过程中的振镜调整时间，需要一个快速的大范围回程，但是，扫描振镜在这个过程中剧烈震动，加速振镜镀膜的老化，降低振镜系统的使用寿命。
发明内容本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，有效的减少扫描振镜工作过程中的振镜调整时间，无纯行扫描切换方式的快速大范围回程过程，有益于延长振镜系统使用寿命。为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法包括步骤一、对样本进行快速预扫描；步骤二、对快速预扫描后的样本进行ROI识别；步骤三、基于所述的ROI识别对样本进行矢量式扫描路径生成，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；步骤四、根据所述的矢量式扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，激光扫描共焦显微镜获取样本的扫描图像。优选地，所述的快速预扫描为扫描振镜以行扫描的方式对样本进行粗略的扫描，获得样本ROI的基本信息。优选地，在执行步骤三之后、执行步骤四之前还包括扫描路径判断；所述的扫描路径判断，判断矢量式扫描路径范围是否符合扫描需求，如符合，则执行步骤四；如不符合，则对样本ROI进行调整，执行步骤三重新进行扫描的路径生成。优选地，所述的矢量式扫描螺旋为内螺旋扫描或外螺旋扫描。优选地，所述的螺旋扫描呈方形。优选地，所述的螺旋扫描呈三角形。优选地，所述的螺旋扫描呈圆形。优选地，所述的螺旋扫描呈椭圆形。本发明的激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，快速预扫描后的样本进行ROI识别；并对样本ROI进行矢量式扫描路径生成，根据扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描。在矢量式扫描过程中，X方向和Y方向的协调运动形成激光光斑扫描轨迹，无现有纯行扫描切换方式的快速大范围回程过程，有效的减少扫描振镜工作过程中的振镜调整时间，提高了 ROI的整体成像速度；并且由于采用螺旋式扫描，避免了现有技术中由于行扫描振镜过程中剧烈震动而引起振镜镀膜的老化的问题，有益于延长振镜的使用寿命。
图I示出现有技术中激光扫描共焦显微镜的双振镜X-Y扫描机构的示意图。图2示出本发明激光扫描共焦显微镜振镜扫描系统的原理框图。图3示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法流程图。图4示出本发明激光扫描共焦显微镜另一实施例的矢量式扫描方法的流程图。图5不出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的样本外螺旋扫描不意图。图6示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的样本内螺旋螺旋扫描示意图。图7不出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的长方形螺旋扫描不意图。图8示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的正方形螺旋扫描示意图。图9示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的三角形螺旋扫描示意图。图10示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的圆形螺旋扫描示意图。图11示出本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法的椭圆形螺旋扫描示意图。
具体实施方式参考图2所示，本发明提供一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，用于激光扫描共焦显微镜，包括控制器10、与控制器10连接的扫描振镜驱动器20、以及正交设置的两扫描振镜30、一反馈单元40，所述控制器10经扫描振镜驱动器20对扫描振镜30进行转动控制，并根据反馈单元40检测到的扫描振镜位置信息对扫描振镜30的转动进行调整。参考图3所示，本发明的矢量式扫描方法包括SI、对样本进行快速预扫描；S2、对快速预扫描后的样本进行ROI (Region Of Interest,感兴趣区域)识别；S3、基于所述的ROI识别对样本进行矢量式扫描路径生成，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；所述的快速预扫描为扫描振镜以行扫描的方式对样本进行粗略的扫描，获得样本ROI的基本信息。S4、根据所述的矢量式扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，获取样本的扫描图像。所述的矢量精细扫描为根据步骤三得到的矢量式扫描路径控制扫描振镜转动对样本ROI进行遍历，获取样本的扫描图像。对于生成的扫描路径上的点(Xi，yi)，利用映射关系.,计算出扫描振镜摆动角度(Θ I Θ iy)，由激光扫描共焦显微镜的控制器将含有角度信息(Qix, eg序列的控制量发送到扫描振镜驱动器在样本平面上实现矢量式扫描，最终获取生成样本的扫描图像。激光扫描共焦显微镜在组织生物学、细胞生物学、分子生物学、基因学、胚胎学、神经学、病理学、免疫学、流行病学、肿瘤学、细菌学、病毒学等生物和医学领域有广阔的应用。此外，激光扫描共焦显微镜在陶瓷、金属、半导体、芯片等材料的研发和生产检测等领域中也具有广泛的应用。本发明激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，快速预扫描后的样本进行ROI识别；并对样本ROI进行矢量式扫描路径生成，根据扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描，在矢量式扫描过程中，X方向和Y方向的协调运动形成激光光斑扫描轨迹，无现有纯行扫描切换方式的快速大范围回程过程，有效的减少扫描振镜工作过程中的振镜调整时间，提高了 ROI的整体成像速度；并且由于采用螺旋式扫描，避免了现有技术中由于行扫描振镜过程中剧烈震动而引起振镜镀膜的老化的问题，有益于延长振镜的使用寿命。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I参考图4所示，本发明的矢量式扫描方法包括S11、对样本进行快速预扫描；S21、对快速预扫描后的样本进行ROI识别；S31、基于所述的ROI识别对样本进行矢量式扫描路径生成，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；S41、对矢量式扫描路径进行扫描路径判断；所述的扫描路径判断，判断矢量式扫描路径范围是否符合扫描需求，如符合，执行步骤S61 ；
S51、如不符合，则对样本ROI进行调整，执行步骤S31 ；S61、根据所述的矢量式扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，获取样本的扫描图像。所述的扫描需求为所述的扫描路径涵盖样本ROI的全部区域，使样本图像扫描完整；所述的扫描路径无效扫描区域最少，提高ROI的整体成像速度；所述的扫描路径也可以跟进用户的需求进行调整。实施例2参考图5所示，本发明的矢量式扫描方法包括SI、对样本(图中5a所示，)进行快速预扫描(图中5b所示)；S2、对快速预扫描后的样本进行ROI识别(图中5c所示)；S3、基于所述的ROI识别对样本进行外螺旋扫描路径生成(图中5d所示)，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；S4、根据所述的外螺旋扫描路径(图中5d所示)对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，获取样本的扫描图像。上述扫描过程也可以根据实施例I的包括步骤S41 :扫描路径判断、S51 :样本ROI进行调整、S61 :矢量精细扫描，亦即在实施例I中的矢量式扫描路径为外螺旋扫描路径。其中，图中5a为样本的轮廓示意图，所述样本为生物细胞包括细胞壁101、细胞器102细胞器103，本发明的矢量式扫描方法即要扫描出样本的图像信息。实施例3参考图6所示，本发明的矢量式扫描方法包括SI I、对样本(图中6a所示)进行快速预扫描(图中6b所示)；S21、对快速预扫描后的样本进行ROI识别(图中6c所示)；S31、基于所述的ROI识别对样本进行内螺旋扫描路径生成(图中6d所示)，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；S41、对内螺旋扫描路径进行扫描路径判断；所述的扫描路径判断，判断外螺旋扫描路径范围是否符合扫描需求，如符合，执行步骤S61 ；S51、如不符合，则对样本ROI进行调整，执行步骤S31 ；S61、根据所述的内螺旋扫描路径(图中6d所示)对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照内螺旋扫描路径进行转动，获取样本的扫描图像。其中，图中6a为样本的轮廓示意图，所述样本为生物细胞包括细胞壁101、细胞器102细胞器103，本发明的矢量式扫描方法即要扫描出样本的图像信息。实施例4参考图7、8所示，本发明的矢量式扫描方法，在依据实施例1、2或3进行激光扫描共焦显微镜的螺旋扫描路径中，所述的螺旋扫描路径为方形外螺旋扫描或方形内螺旋扫描。所述的方形可以为长方形或正方形，亦即所述的螺旋扫描路径为长方形外螺旋扫描(图中7a所示)、长方形内螺旋扫描(图中7b所示)、正方形外螺旋扫描(图中8a所示)或正方形内螺旋扫描(图中8b所示)，生成扫描路径。实施例5
参考图9所示，本发明的矢量式扫描方法，在依据实施例I或、2或3进行激光扫描共焦显微镜的螺旋扫描路径中，所述的螺旋扫描路径为三角形外螺旋扫描(图中9a所示)或三角形内螺旋扫描(图中％所示)，生成扫描路径。实施例6参考图10所示，本发明的矢量式扫描方法，在依据实施例I或、2或3进行激光扫描共焦显微镜的螺旋扫描路径中，所述的螺旋扫描路径为圆形外螺旋扫描(图中IOa所示)或圆形内螺旋扫描(图中IOb所示)，生成扫描路径。实施例7参考图11所示，本发明的矢量式扫描方法，在依据实施例I或、2或3进行激光扫描共焦显微镜的螺旋扫描路径中，所述的螺旋扫描路径为椭圆形外螺旋扫描(图中Ila所示)或椭圆形内螺旋扫描(图中Ila所示)，生成扫描路径。本发明的激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，快速预扫描后的样本进行ROI识别；并对样本ROI进行矢量式扫描路径生成，根据扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描，在矢量式扫描过程中，X方向和Y方向的协调运动形成激光光斑扫描轨迹，无现有纯行扫描切换方式的快速大范围回程过程，有效的减少扫描振镜工作过程中的振镜调整时间，提高了 ROI的整体成像速度；并且由于采用螺旋式扫描，避免了现有技术中由于行扫描振镜过程中剧烈震动而引起振镜镀膜的老化的问题，有益于延长振镜的使用寿命。以上所述本发明的具体实施方式
，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，其特征在于，所述矢量式扫描方法包括 步骤一、对样本进行快速预扫描； 步骤二、对快速预扫描后的样本进行ROI识别； 步骤三、基于所述的ROI识别对样本进行矢量式扫描路径生成，生成的扫描路径覆盖样本ROI ；步骤四、根据所述的矢量式扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，激光扫描共焦显微镜获取样本的扫描图像。
2.根据权利要求I所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的快速预扫描为扫描振镜以行扫描的方式对样本进行粗略的扫描，获得样本ROI的基本信息。
3.根据权利要求I所述的矢量式扫描方法，其特征在于，在执行步骤三之后、执行步骤四之前还包括 扫描路径判断判断矢量式扫描路径范围是否符合扫描需求， 如符合，则执行步骤四；如不符合，则对样本ROI进行调整，执行步骤三重新进行扫描的路径生成。
4.根据权利要求I所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的矢量式扫描为内螺旋扫描或外螺旋扫描。
5.根据权利要求4所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的螺旋扫描呈方形。
6.根据权利要求4所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的螺旋扫描呈三角形。
7.根据权利要求4所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的螺旋扫描呈圆形。
8.根据权利要求4所述的矢量式扫描方法，其特征在于，所述的螺旋扫描呈椭圆形。
全文摘要
本发明涉及一种激光扫描共焦显微镜的矢量式扫描方法，包括对样本进行快速预扫描；对快速预扫描后的样本进行ROI(感兴趣区域)识别；基于所述的ROI识别对样本进行矢量式扫描路径生成，生成的扫描路径覆盖样本ROI；根据所述的矢量式扫描路径对样本ROI进行矢量精细扫描在控制器的驱动下，对扫描振镜按照矢量式扫描路径进行转动，激光扫描共焦显微镜获取样本的扫描图像。
文档编号G01N21/64GK102818797SQ20121026432
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者黄维, 张运海, 薛晓君, 高飞, 张龙, 陈瑞涛 申请人:苏州生物医学工程技术研究所