zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»zldm-115Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATION PHYSICAL METHODS OF INVESTIGATION AND MONITORINGМультиспектральная микроскопия: состояние и тенденции развитияMultispectral Microscopy: Current State and Trends of DevelopmentКаплуновИ. А.KaplunovI. A.Ivan.kaplunov@tversu.ruМолчановВ. Я.MolchanovV. Ya.aocenter@misis.ruЮшковК. Б.YushkovK. B.aocenter@misis.ruКолесниковА. И.KolesnikovA. I.noemail@neicon.ruИльяшенкоС. Е.IlyashenkoS. E.noemail@neicon.ruГречишкинР. М.GrechishkinR. M.noemail@neicon.ruТверской государственный университетRussian FederationНТЦ Акустооптики НИТУ МИСИСRussian FederationТверской государственный технический университетRussian Federation2015010820158184146Copyright © Каплунов И.А., Молчанов В.Я., Юшков К.Б., Колесников А.И., Ильяшенко С.Е., Гречишкин Р.М., 20152015Каплунов И.А., Молчанов В.Я., Юшков К.Б., Колесников А.И., Ильяшенко С.Е., Гречишкин Р.М.Kaplunov I.A., Molchanov V.Y., Yushkov K.B., Kolesnikov A.I., Ilyashenko S.E., Grechishkin R.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/115

Рассмотрены основные схемы компоновки мультиспектральных микроскопов с использованием сменных или плавно перестраиваемых оптических фильтров и методологий спектральной визуализации с помощью спектрального или пространственного сканирования изучаемых объектов, а также фурье-спектроскопии их интерферограмм. Комбинирование методологий визуализации и оптической спектроскопии приводит к концепции спектрального изображения в виде трехмерного набора («куба») данных. Отмечен значительный рост интереса к мультиспектральной микроскопии в связи с перспективами ее широкого применения в медицине, биотехнологиях, физическом материаловедении, химии, минералогии, криминалистике и многих других отраслях науки и техники. Электронно-пересматриваемые по длинам волн акустооптические фильтры - эффективный инструмент для спектрального и поляризационного анализа обработки оптических изображений в реальном масштабе времени.

Main configurations of multispectral microscopes making use of either changeable or continuosly tunable optical filters for spectral or spatial scanning of the objects under study including Fourier spectroscopy of their interferograms are considered. Integration of the methodologies of visualization and optical spectroscopy results in a concept of spectral image in the form of 3D data array («cube of information»). Surge of interest in this method ofanalysis is attributed to growing application potential ofthe multispectral microscopy in medicine, biotechnologies, materials science, chemistry, mineralogy, forensic science and many other scientific and technological lines. Electronically controlled variable-wavelength acoustooptic filters provide an efficient instrumentation for both spectral and polarization analysis of optical images in real-time operation mode.

multispectral microscopyoptical spectroscopyvideospectrometryacous-tooptic filterselectronically tunable filtersparatellurite crystalsмультиспектральная микроскопиявидеоспектрометракустооптический фильтрэлектронно-перестраиваемый фильтрпарателлуритReferencesGarini Y., Young I. T., McNamara G. Spectral imaging: Principles and applications / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 735-747.Garini Y., Young I. T., McNamara G. Spectral imaging: Principles and applications / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 735-747.Levenson R. M., Hoyt C. Spectral imaging and microscopy / Am. Lab. 2000. Vol. 32. P. 26 - 33.Levenson R. M., Hoyt C. Spectral imaging and microscopy / Am. Lab. 2000. Vol. 32. P. 26 - 33.Levenson R., Cronin P. J., Pankratov K. P. Spectral imaging for brightfield microscopy / Proc. SPIE. 2003. Vol. 4959. P. 27-33.Levenson R., Cronin P. J., Pankratov K. P. Spectral imaging for brightfield microscopy / Proc. SPIE. 2003. Vol. 4959. P. 27-33.Levenson R. M., Wachman E. S., Niu W., Farkas D. L. Spectral imaging in biomedicine: A selective overview / Proc. SPIE. 1998. Vol. 3438. P. 300 - 312.Levenson R. M., Wachman E. S., Niu W., Farkas D. L. Spectral imaging in biomedicine: A selective overview / Proc. SPIE. 1998. Vol. 3438. P. 300 - 312.Levenson R. M., Mansfield J. R. Multispectral imaging in biology and medicine: Slices of life / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 748 - 758.Levenson R. M., Mansfield J. R. Multispectral imaging in biology and medicine: Slices of life / Cytometry. Part A. 2006. Vol. 69A. N 8. P. 748 - 758.Hoyt C. Liquid crystal tunable filters clear the way for imaging multiprobe fluorescence / Biophoton Int. 1996. Vol. 3. P. 49-51.Hoyt C. Liquid crystal tunable filters clear the way for imaging multiprobe fluorescence / Biophoton Int. 1996. Vol. 3. P. 49-51.Молчанов В. Я., Чижиков С. И., Аникин С. П., Солодовников Н. П., Лютый В. М. Акустооптические системы спектрального и поляризационного анализа изображений / Радиотехника. 2005. С. 57 - 64.Молчанов В. Я., Чижиков С. И., Аникин С. П., Солодовников Н. П., Лютый В. М. Акустооптические системы спектрального и поляризационного анализа изображений / Радиотехника. 2005. С. 57 - 64.Молчанов В. Я., Лютый В. М., Есипов В. Ф., Аникин С. П., Макаров О. Ю., Солодовников Н. П. Акустооптический спектрофотометр изображений для астрофизических наблюдений / Письма в астрономический журнал. 2002. Т. 28. С. 788-795.Молчанов В. Я., Лютый В. М., Есипов В. Ф., Аникин С. П., Макаров О. Ю., Солодовников Н. П. Акустооптический спектрофотометр изображений для астрофизических наблюдений / Письма в астрономический журнал. 2002. Т. 28. С. 788-795.Балакший В. И., Парыгин В. H., Чирков Л. Е. Физические основы акустооптики. -М.: Радио и связь, 1985.Балакший В. И., Парыгин В. H., Чирков Л. Е. Физические основы акустооптики. -М.: Радио и связь, 1985.Мазур М. М., Пожар В. Э., Пустовойт В. И., Шорин В. Н. Двойные акустооптические монохроматоры / Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 10. С. 19 - 30.Мазур М. М., Пожар В. Э., Пустовойт В. И., Шорин В. Н. Двойные акустооптические монохроматоры / Успехи современной радиоэлектроники. 2006. № 10. С. 19 - 30.Kutuza I. B., Pozhar V. E., Pustovoit V. I. AOTF-based imaging spectrometers for research of small-size biological objects / Proc. SPIE. 2006. Vol. 5143. P. 165 - 169.Kutuza I. B., Pozhar V. E., Pustovoit V. I. AOTF-based imaging spectrometers for research of small-size biological objects / Proc. SPIE. 2006. Vol. 5143. P. 165 - 169.Gupta N. Hyperspectral imager development at Army Research Laboratory / Proc. SPIE. 2008. Vol. 6940. P. 69401P-1-H, 69401P-7.Gupta N. Hyperspectral imager development at Army Research Laboratory / Proc. SPIE. 2008. Vol. 6940. P. 69401P-1-H, 69401P-7.Leroi V., Bibring J. P., Berthe M. Micromega / IR: Design and status of a near-infrared spectral microscope for in situ analysis of Mars samples / Planetary and Space Science. 2009. Vol. 57. P. 1068.Leroi V., Bibring J. P., Berthe M. Micromega / IR: Design and status of a near-infrared spectral microscope for in situ analysis of Mars samples / Planetary and Space Science. 2009. Vol. 57. P. 1068.Molchanov V. Ya., Makarov O. Yu. Phenomenological method for broadband electrical matching of acousto-optical device piezotransducers / Opt. Eng. 1999. Vol. 38. P. 1127 -1135.Molchanov V. Ya., Makarov O. Yu. Phenomenological method for broadband electrical matching of acousto-optical device piezotransducers / Opt. Eng. 1999. Vol. 38. P. 1127 -1135.Анчуткин В. С., Бельский А. Б., Волошинов В. Б., Юшков К. Б. Акустооптический метод спектрально-поляризационного анализа изображений / Оптический журнал. 2009. Т. 76. С. 29-35.Анчуткин В. С., Бельский А. Б., Волошинов В. Б., Юшков К. Б. Акустооптический метод спектрально-поляризационного анализа изображений / Оптический журнал. 2009. Т. 76. С. 29-35.Dickinson M. E., Bearman G., Tille S., Lansford R., Fraser S. E. Multi-spectral imaging and linear unmixing add a whole new dimension to laser scanning fluorescence microscopy / Biotechniques. 2001. Vol. 31. P. 1272 - 1278.Dickinson M. E., Bearman G., Tille S., Lansford R., Fraser S. E. Multi-spectral imaging and linear unmixing add a whole new dimension to laser scanning fluorescence microscopy / Biotechniques. 2001. Vol. 31. P. 1272 - 1278.Molchanov V. Ya., Yushkov K. B. Advanced spectral processing of broadband light using acousto-optic devices with arbitrary transmission functions / Opt. Express. 2014. Vol. 22. N 13. P. 15668.Molchanov V. Ya., Yushkov K. B. Advanced spectral processing of broadband light using acousto-optic devices with arbitrary transmission functions / Opt. Express. 2014. Vol. 22. N 13. P. 15668.Malik Z. Fourier transform multipixel spectroscopy for quantitative cytology / J. Microsc. 1996. Vol. 182. P. 133 - 140.Malik Z. Fourier transform multipixel spectroscopy for quantitative cytology / J. Microsc. 1996. Vol. 182. P. 133 - 140.Патент 2199729 Российская Федерация. Лазерное устройство для исследования поля микрообъектов с лучевым воздействием / Магдич Л. H., Нарвер В. H., Солодовников Н. П., Розенштейн А. З.; заявл. 04.07.2002; опубл. 27.02.2003.Патент 2199729 Российская Федерация. Лазерное устройство для исследования поля микрообъектов с лучевым воздействием / Магдич Л. H., Нарвер В. H., Солодовников Н. П., Розенштейн А. З.; заявл. 04.07.2002; опубл. 27.02.2003.Garini Y., Macville M., du Manoir S., Buckwald R. A., Lavi M., Katzir N., Wine D., Cabib D., Ried T. Spectral karyotyping / Bioimaging. 1996. Vol. 4. P. 65 - 72.Garini Y., Macville M., du Manoir S., Buckwald R. A., Lavi M., Katzir N., Wine D., Cabib D., Ried T. Spectral karyotyping / Bioimaging. 1996. Vol. 4. P. 65 - 72.Huth U., Wieschollek A., Garini Y., Schubert R., Peschka-Süss R. Fourier transformed spectral bio-imaging for studying the intracellular fat of liposomes / Cytometry. Part A. 2004. Vol. 57A. P. 10-21.Huth U., Wieschollek A., Garini Y., Schubert R., Peschka-Süss R. Fourier transformed spectral bio-imaging for studying the intracellular fat of liposomes / Cytometry. Part A. 2004. Vol. 57A. P. 10-21.Barber P. R., Vojnovic B., Atkin G., Daley F. M., Everett S. A., Wilson G. D., Gilbey J. D. Applications of cost-effective spectral imaging microscopy in cancer research / J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. Vol. 36. P. 1729 - 1738.Barber P. R., Vojnovic B., Atkin G., Daley F. M., Everett S. A., Wilson G. D., Gilbey J. D. Applications of cost-effective spectral imaging microscopy in cancer research / J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. Vol. 36. P. 1729 - 1738.Wack S., Hajri A., Heisel F., Sowinska M., Berger C., Whelan M., Marescaux J., Aprahamian M. Feasibility, sensitivity, and reliability of laser-induced fluorescent protein-expressing tumors in vivo / Molecular Therapy. 2003. Vol. 7. N 6. P. 765 - 773.Wack S., Hajri A., Heisel F., Sowinska M., Berger C., Whelan M., Marescaux J., Aprahamian M. Feasibility, sensitivity, and reliability of laser-induced fluorescent protein-expressing tumors in vivo / Molecular Therapy. 2003. Vol. 7. N 6. P. 765 - 773.Leavesley S. J., Annamdevula N., Boni J., Stocker S., Grant K., Troyanovsky B., Rich T. C., Alvarez D. P. Hyperspectral imaging microscopy for identification and quantitative analysis of fluorescently-labeled cells in highly autofluorescent tissue / J. Biophotonics. 2012. Vol. 5. P. 67 - 84.Leavesley S. J., Annamdevula N., Boni J., Stocker S., Grant K., Troyanovsky B., Rich T. C., Alvarez D. P. Hyperspectral imaging microscopy for identification and quantitative analysis of fluorescently-labeled cells in highly autofluorescent tissue / J. Biophotonics. 2012. Vol. 5. P. 67 - 84.Berg R. H. Evaluation of spectral imaging for plant cell analysis / J. Microsc. 2004. Vol. 214. P. 174 - 181.Berg R. H. Evaluation of spectral imaging for plant cell analysis / J. Microsc. 2004. Vol. 214. P. 174 - 181.Zimmermann T., Rietdorf J., Pepperkok R. Spectral imaging and its applications in live cell microscopy / FEBS Lett. 2003. Vol. 546. P. 87 - 92.Zimmermann T., Rietdorf J., Pepperkok R. Spectral imaging and its applications in live cell microscopy / FEBS Lett. 2003. Vol. 546. P. 87 - 92.Bei L., Dennis G. I., Miller H. M., Spaine T. H., Carnahan J. W. Acousto-optic tunable filters: fundamentals and applications as applied to chemical analysis techniques / Progress in Quantum Electronics. 2004. Vol. 28. P. 67 - 87.Bei L., Dennis G. I., Miller H. M., Spaine T. H., Carnahan J. W. Acousto-optic tunable filters: fundamentals and applications as applied to chemical analysis techniques / Progress in Quantum Electronics. 2004. Vol. 28. P. 67 - 87.Vila J., Calpe J., Pla F., Gomez L., Connell J., Marchant J., Calleja J., Mulqueen M., Munoza J., Klaren A. Smart-Spectra: Applying multispectral imaging to industrial environments / Real-Time Imaging. 2005. Vol. 11. P. 85 - 98.Vila J., Calpe J., Pla F., Gomez L., Connell J., Marchant J., Calleja J., Mulqueen M., Munoza J., Klaren A. Smart-Spectra: Applying multispectral imaging to industrial environments / Real-Time Imaging. 2005. Vol. 11. P. 85 - 98.Wu Q., Merchant F., Castleman K. R. Microscope Image Processing. - Elsevier, 2008. - 550 p.Wu Q., Merchant F., Castleman K. R. Microscope Image Processing. - Elsevier, 2008. - 550 p.Lerner J. M., Zucker R. M. Calibration and validation of confocal spectral imaging systems / Cytometry. 2004. Vol. 62A. P. 8 - 34.Lerner J. M., Zucker R. M. Calibration and validation of confocal spectral imaging systems / Cytometry. 2004. Vol. 62A. P. 8 - 34.Schlachter S., Elder A., Frank J. H., Grudnin A., Kaminski C. F. Spectrally resolved confocal microscopy with a supercontinuum laser / Microscopy and Analysis. 2008. N 113. P. 11 - 13.Schlachter S., Elder A., Frank J. H., Grudnin A., Kaminski C. F. Spectrally resolved confocal microscopy with a supercontinuum laser / Microscopy and Analysis. 2008. N 113. P. 11 - 13.Желтиков А. М. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами / УФН. 2006. Т. 176. № 6. С. 623 - 649.Желтиков А. М. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами / УФН. 2006. Т. 176. № 6. С. 623 - 649.Muller M., Squier J. Nonlinear microscopy with ultrashort pulse lasers / In Ultrafast Lasers. Technology and Applications (M. E. Fermann, A. Galvanauskas, and G. Sucha eds.). - New York: Marcel Dekker, 2003. P. 661 - 698.Muller M., Squier J. Nonlinear microscopy with ultrashort pulse lasers / In Ultrafast Lasers. Technology and Applications (M. E. Fermann, A. Galvanauskas, and G. Sucha eds.). - New York: Marcel Dekker, 2003. P. 661 - 698.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.