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与生物结构的曲面几何形态不同，传统显微镜的成像平面是平面。原则上，可通过轴向扫描调节焦点，以追踪曲面结构。然而，在广泛用于视频速率功能成像的共振扫描显微镜中，焦点调节通常只能以快于慢速扫描轴（约 30 Hz）、但慢于快速共振扫描轴（约 8000 Hz）的速率进行。因此，快速共振扫描轴的固定方向限制了通过轴向扫描倾斜或弯曲成像平面的能力，也限制了成像平面与目标生物结构的匹配程度。在此，我们提出一种可克服这一限制的光学改造方案。具体而言，我们将利用 K 镜实现的扫描视场旋转与电调谐透镜实现的快速轴向扫描相结合。我们通过钙成像展示了该方法的多种用途：将成像平面对准小鼠海马中弯曲的锥体细胞层，从而增加可同时成像的神经元数量。此外，我们还对海马和皮层锥体神经元的树突分支进行成像；若采用快速成像，这些结构原本只能被部分观测。我们还将该方法应用于小脑浦肯野细胞的弯曲细胞层。此外，我们展示了如何利用扫描视场旋转优化树突分支的取向，以实现高速亚细胞谷氨酸成像。我们的方法仅需一个模块即可实现，因此可改装到标准双光子系统上。为便于快速采用，我们公开提供设计规格、3D 打印部件以及与 ScanImage 兼容的自定义代码。
p.t.r.rupprecht{at}gmail.com
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摘要
与生物结构的弯曲几何形态不同，常规显微镜的成像平面是平坦的。原则上，可通过轴向扫描调节焦点，使其跟随弯曲结构。然而，在广泛用于视频速率功能成像的共振扫描显微镜中，这种焦点调节通常可以快于较慢的扫描轴（约 30 Hz），但无法快于较快的共振轴（约 8000 Hz）。因此，快速共振轴的固定方向限制了利用轴向扫描倾斜或弯曲成像平面的方式，也限制了成像平面与目标生物结构的对准程度。本文提出了一种能够克服这一限制的光学改造方案。具体而言，我们将利用 K 镜实现的扫描视场旋转，与利用电调谐透镜实现的快速轴向扫描相结合。我们通过钙成像展示了该方法的多功能性：将成像平面对准小鼠海马中弯曲的锥体细胞层，从而增加同时成像的神经元数量。此外，我们对海马和皮层锥体神经元的树突分支进行了成像；若不采用该方法，这些结构将无法通过快速成像得到完整观测。我们还将该方法应用于小脑浦肯野细胞的弯曲细胞层。此外，我们展示了如何利用扫描视场旋转，优化树突分支的取向，以实现高速亚细胞谷氨酸成像。我们的方法基于单一模块，因此可改装至标准双光子系统。我们公开分享设计规格、3D 打印部件以及兼容 ScanImage 的定制代码，以促进该方法的快速应用。
利益冲突
利益声明
作者声明不存在任何利益冲突。
脚注
https://github.com/HelmchenLabSoftware/K-mirror
基金资助信息声明
瑞士国家科学基金会，
，PZ00P3_209114
苏黎世大学，
大学研究重点项目（URPP）“发育与学习中的适应性脑回路”（AdaBD），
FK-25-057
UZH FAN（由 Gebauer 基金会和 Ernst Göhner 基金会提供支持）
版权
本预印本的版权所有者为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 一项永久展示该预印本的许可。
本预印本依据
CC-BY-NC 4.0 国际许可协议
公开发布。
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发布于 2026 年 10 月 13 日。
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使用 K 镜扫描场旋转，以实现沿曲面进行快速双光子成像
Shinjini
Ghosh
，
Luca
Godenzini
，
Cecile
Telliez
，
Nikita
Vladimirov
，
Lukas
Luechinger
，
Yuanzhao
Liu
，
Fritjof
Helmchen
，
Peter
Rupprecht
bioRxiv
2026.10.09.757907；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.09.757907
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使用 K 镜扫描场旋转
利用 K 镜实现曲面成像平面的快速双光子成像
Shinjini Ghosh、Luca Godenzini、Cecile Telliez、Nikita Vladimirov、Lukas Luechinger、Yuanzhao Liu、Fritjof Helmchen、Peter Rupprecht
bioRxiv
2026.10.09.757907
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.09.757907
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关键词：双光子成像 · K镜场旋转 · 曲面成像 · 快速轴向扫描 · 钙成像 · 树突谷氨酸成像
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.09.757907v1?rss=1