研究人員開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的方法，可以使用標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡同時(shí)獲取不同深度的圖像。這項(xiàng)新技術(shù)可以應(yīng)用于各種顯微鏡方法，使其可用于多種生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用。

波士頓大學(xué)研究小組成員盛曉說(shuō)：“光學(xué)顯微鏡一直是研究3-D復(fù)雜生物系統(tǒng)和過(guò)程的必不可少的工具。” “我們的新的多焦點(diǎn)技術(shù)可以高速，高對(duì)比度地觀察活細(xì)胞和生物。”

在光學(xué)協(xié)會(huì)(OSA)的高影響力研究期刊中，由杰羅姆·梅爾茨(Jerome Mertz)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員描述了他們使用標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡從不同深度獲取信息的直接，快速的新方法。新方法可以簡(jiǎn)單地添加到大多數(shù)現(xiàn)有系統(tǒng)中，并且易于復(fù)制，從而使其他研究人員可以使用。

捕獲多焦點(diǎn)圖像

基于標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)的顯微鏡系統(tǒng)可在單個(gè)焦平面上獲取清晰的圖像。盡管研究人員嘗試了各種策略來(lái)同時(shí)獲取具有不同焦深的圖像，但是這些方法通常需要多個(gè)攝像頭或使用專(zhuān)門(mén)的衍射光學(xué)元件通過(guò)單個(gè)攝像頭進(jìn)行圖像分割。兩種策略都很復(fù)雜，并且衍射光學(xué)元件可能難以制造。

肖說(shuō)：“我們使用的Z分離棱鏡可以完全由現(xiàn)成的組件組裝而成，并且可以輕松應(yīng)用于各種成像方式，例如熒光，相襯或暗場(chǎng)成像。”

Z分離器棱鏡將檢測(cè)到的光分開(kāi)，以在單個(gè)攝像機(jī)幀中同時(shí)生成多個(gè)圖像。每個(gè)圖像都聚焦在樣本中的不同深度處。使用具有大傳感器面積和高像素?cái)?shù)的高速相機(jī)，研究人員可以在同一傳感器上分配多個(gè)高分辨率圖像而不會(huì)出現(xiàn)任何重疊。

用新技術(shù)采集的多焦點(diǎn)圖像使從樣品中估計(jì)離焦背景的方法比單幅圖像更準(zhǔn)確。研究人員利用這些信息開(kāi)發(fā)了一種改進(jìn)的3-D去模糊算法，該算法消除了散焦背景光，這在??使用寬視野顯微鏡時(shí)通常是一個(gè)問(wèn)題。

肖說(shuō)：“我們擴(kuò)展的體積3-D去模糊算法可抑制超出成像體積的來(lái)源的遠(yuǎn)焦背景。” “這改善了圖像對(duì)比度和信噪比，使其在涉及厚樣品的熒光成像應(yīng)用中特別有益。”

展示的多功能性

研究人員用常用的顯微鏡方法展示了這項(xiàng)新技術(shù)，包括熒光，相襯和暗場(chǎng)成像。他們捕獲了涵蓋數(shù)百個(gè)神經(jīng)元或整個(gè)自由移動(dòng)的有機(jī)體的大視野3-D圖像，以及輪蟲(chóng)纖毛的高速3-D圖像(每百分之一秒跳動(dòng)一次)。這說(shuō)明了該方法如何為優(yōu)先考慮大視野或高速場(chǎng)景提供靈活性。

為了證明擴(kuò)展體積的3-D去模糊算法的功能，研究人員對(duì)各種厚樣本進(jìn)行了成像，包括活老鼠的大腦。與原始的多焦點(diǎn)圖像和更傳統(tǒng)的3-D去模糊算法相比，他們觀察到明顯的對(duì)比度和信噪比改善。研究人員現(xiàn)在正在努力擴(kuò)展該技術(shù)，以便將其用于更多的成像方式。