多光子激发荧光显微镜中的主动轴向运动补偿

在活体生物中，由心跳、呼吸或肌肉运动引起的自然运动会导致组织结构发生平移和拉伸，进而引起组织变形。这种效应会导致活体显微镜观察平面发生位移或变形，并造成图像数据的运动诱导像差。这反过来又严重限制了活体成像实验中可观察特定事件的时长。如果能对组织运动进行补偿，使观察平面保持稳定，就能克服这些限制。我们开发了一个数学形状空间模型，能够预测类似血管的圆柱形组织仿体的周期性运动。然后利用该模型快速计算共焦多光子荧光显微镜观察平面的未来位置。通过压电驱动的物镜支架，焦平面被连续调整至计算位置。我们展示了针对血管仿体非谐波轴向位移的主动运动补偿，其视场高达 400 $\mu$m $\times$ 400 $\mu$m，垂直振幅超过 100 $\mu$m，频率为 0.5 Hz。