Блог

Nov 15, 2023

Компьютерный микроскоп достигает 3D высокого качества

8 августа 2023 г. Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

8 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

от Оптики

Исследователи сообщают о новых усовершенствованиях вычислительного миниатюрного мезоскопа, которые позволяют получать однократные трехмерные изображения с высоким разрешением и широким полем зрения. Простой и недорогой миниатюрный прибор может быть полезен для широкого спектра крупномасштабных приложений 3D-флуоресцентной визуализации и нейронной записи.

Цяньван Ян из Бостонского университета представит это исследование на Конгрессе Optica Imaging. Гибридная встреча состоится 14–17 августа 2023 г. в Бостоне, штат Массачусетс.

«Запись нейронов свободно движущихся животных жизненно важна, поскольку функциональные взаимодействия мозга меняются в зависимости от мотивации и поведения. Целью мезоскопа является измерение активности всей коры головного мозга мышей с клеточным разрешением, когда животные участвуют в сложном, требующем когнитивных функций поведении. Обычно используется флуоресцентная микроскопия. используется для изучения биологических структур и динамики, но большинство микроскопов требуют компромисса между полем зрения, разрешением и сложностью системы», — объясняет Янг.

«Чтобы преодолеть ограничения микроскопа, профессор Тиан из Бостонского университета и его группа разработали вычислительный миниатюрный мезоскоп (CM2) — микроскоп с высоким пространственным разрешением и большим полем зрения. Инструмент основан на компьютерной визуализации, которая сочетает в себе аппаратное обеспечение визуализации и вычислительные алгоритмы для достижения невозможных иначе возможностей визуализации».

Исследователи недавно модернизировали свой мезоскоп, добавив новую миниатюрную оптику, которая значительно улучшает светопроницаемость и контрастность изображения. Они также разработали новую модель глубокого обучения, которая значительно улучшает осевое разрешение и скорость реконструкции. Полученная система проста и недорога благодаря использованию готовых компонентов, напечатанных на 3D-принтере.

Обновление оборудования включало миниатюрные светодиодные коллиматоры на основе оптики произвольной формы, изготовленные с использованием прозрачной смолы и настольного 3D-принтера. Благодаря добавлению новых коллиматоров (каждый весом всего 0,03 грамма) к четырехсветодиодному осветителю прибора эффективность освещения достигла примерно 80%. Это обновление также обеспечило очень ограниченное однородное освещение с мощностью возбуждения до 75 мВт в круглой области диаметром 8 мм. Исследователи повысили контрастность изображения, включив новый гибридный фильтр выбросов, который сочетает в себе интерференционный и поглощающий фильтры.

Новая модель глубокого обучения оптимизирует вычислительные аспекты формирования изображений, обеспечивая высококачественное 3D-изображение в широком поле зрения. Алгоритм увеличил осевое разрешение примерно до 25 мкм, что примерно в восемь раз лучше, чем метод, ранее использовавшийся для реконструкции, а также сократил время реконструкции до менее 4 секунд для объема с полем зрения 7 мм и глубиной 0,8 мм.

Ян добавил: «Будущая работа будет сосредоточена на решении нерешенной проблемы рассеяния тканей. Мы планируем изучить многообещающие решения, такие как миниатюрные методы структурированного освещения и системы трехмерной реконструкции с учетом рассеяния, чтобы расширить возможности CM2».

Предоставлено Оптикой