靳 程，孔令杰

(清华大学 精密仪器系，北京 100084)

凭借穿透深度深、低漂白、三维可分辨等优势，双光子荧光显微系统已被广泛应用于在体生物动态成像领域，并极大地推动了神经科学、免疫科学等生物医学的研究[1-3]. 但是由于生物组织的非均匀性、各向异性等固有属性，光在生物组织中传输时将经历随机折射与散射，产生波前像差(样本像差)，从而降低显微成像质量. 此外，考虑到实际成像系统还存在光学元件加工与装配误差、样品放置不当等因素引起的系统像差，因此成像质量将会进一步受到影响[4-5]. 波前像差会造成衍射极限点扩散函数的畸变，从而会降低成像分辨率和对比度，甚至会导致图像产生伪影，进而造成生物结构图像的误判. 因此了解波前像差对光学显微成像质量的影响，在生物医学成像中尤为重要.

与单光子荧光显微技术不同，双光子荧光显微技术基于双光子吸收效应实现了局域激发(即荧光信号仅在激发焦点附近产生)[6]. 双光子荧光显微技术通常采用点扫描方式对样本进行逐点激发成像，在每次激发下，无论样本是否经历散射或随机折射，系统收集的所有发射荧光均作为该点对应的样本荧光信号. 因此，双光子荧光显微成像引入的像差是指激发端光路引入的像差，此时波前像差所造成的激发光三维点扩散函数的畸变将严重影响激发效率及成像质量[5].

本文结合清华大学“神经光子学”课程的教学实践[7]，详细介绍了波前像差及其对双光子荧光显微成像系统的影响. 首先，系统介绍了波前像差的数学表达形式；……