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保证图像质量的同时加速双光子显微镜成像时间

发布:opticseditor    |    2019-09-23 15:01    阅读:316
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来自香港中文大学的研究人员将压缩成像技术与使用数字微镜器件(DMD)的多聚焦激光照射方法相结合,从而在提高双光子显微镜的成像速度同时不影响分辨率。

DMD在样本内随机选择的位置上产生5到30个聚焦激光。每个光点的位置和强度由投射到设备上的二进制全息图控制。在每次测量期间,DMD重新绘制全息图以改变每个焦点的位置,并使用单像素检测器记录双光子荧光的强度。


研究人员使用(a)传统的光栅扫描和(b)新的压缩成像方法比较了花粉粒的双光子显微镜图像。光栅扫描成像时间为2.2秒,而压缩成像时间仅需0.55秒。由Shih-Chi Chen /香港中文大学提供。

DMD的速度受到器件形成光图案的速率的限制。为了提高成像速度,由Shih-Chi Chen教授领导的研究小组将压缩感应与基于全息的DMD随机存取扫描仪相结合。在一个步骤中执行采样和图像压缩,并使用算法填充任何缺失的信息。通过利用压缩感知算法,研究人员可以使用比传统方法少70%至90%的曝光重建样本的3D图像。

该团队通过对不同样品进行了模拟和成像实验,验证了新方法并确定最佳工艺参数,包括激光焦点数和采样率。结果表明,使用25%的采样率和5个焦点可以获得高分辨率的图像。然后,研究人员用双光子成像实验测试了他们的计算方法。这些实验证明了该技术能够从任何视野以高成像速度生成高质量的3D图像。例如,研究人员能够从花粉粒中获取五层图像,每层测量100×100像素,时间上仅需0。55秒,而使用光栅扫描获取相同的图像需要2。2秒。花粉样品的3D荧光成像实验证明了在任意定义的平面上快速3D成像的能力,包括抛物面,倾斜和正弦曲面。

研究人员Yangwen Chen表示,他们在成像速度方面实现了三到五倍的增强,而不会在3D样本中任意选择区域时牺牲分辨率。“基于压缩感应的新型DMD成像平台可用于生物成像和光遗传学,用于研究快速动态事件,也可同时对体内多个感兴趣区域进行研究。

目前,研究人员正在努力进一步提高重建算法的速度和图像质量。他们计划将DMD平台与其他先进的成像技术(如波前校正)结合使用。

该研究目前发表于Optics Letters(https://doi.org/10.1364/OL.44.004343)。

来源:光电情报网信息监测服务平台

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