研究人員報告了一種新的微型計算內(nèi)窺鏡的升級，該內(nèi)窺鏡可以實現(xiàn)單次、寬視野的高分辨率3D成像。這種簡單、低成本的微型儀器可能對廣泛的大規(guī)模3D熒光成像和神經(jīng)記錄應(yīng)用有用。

波士頓大學(xué)的楊前萬將在光學(xué)成像大會上展示這項研究。混合會議將于2023年8月14日至17日在馬薩諸塞州波士頓舉行。

楊解釋說：“隨著動機(jī)和行為的改變，功能性大腦交互的變化，自由移動的動物神經(jīng)記錄至關(guān)重要。內(nèi)窺鏡旨在測量小鼠皮層的全部活動，以細(xì)胞分辨率，因為動物從事復(fù)雜的、認(rèn)知要求高的行為。熒光顯微鏡通常用于研究生物結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，但大多數(shù)顯微鏡需要在視野、分辨率和系統(tǒng)復(fù)雜性之間進(jìn)行權(quán)衡�！�

為了克服顯微鏡的限制，波士頓大學(xué)的田教授和他的團(tuán)隊開發(fā)了一種計算微型顯微鏡(CM2)——一種具有高空間分辨率和大視場范圍的顯微鏡。該儀器基于計算成像，將成像硬件和計算算法相結(jié)合，以實現(xiàn)否則不可能的成像能力。

研究人員最近升級了他們的細(xì)觀鏡，增加了新的微型光學(xué)，大大提高了光通量和圖像對比度。他們還開發(fā)了研究人員最近升級了他們的細(xì)觀鏡，增加了新的微型光學(xué)，大大提高了光通量和圖像對比度。他們還開發(fā)了一種新的深度學(xué)習(xí)模型，顯著提高了軸向分辨率和重建速度。由于使用了現(xiàn)成的和3D打印的組件，因此產(chǎn)生的系統(tǒng)簡單、成本低。

硬件升級包括基于自由光學(xué)的微型LED準(zhǔn)直器，并使用透明樹脂和桌面3D打印機(jī)制造。通過將新的準(zhǔn)直器(每個僅重0.03克)添加到儀器的四LED陣列照明器中，光效率達(dá)到約80%。這一更新還產(chǎn)生了高度受限的均勻照明，在直徑8毫米的圓形區(qū)域內(nèi)激發(fā)功率高達(dá)75 mW。研究人員通過引入一種新的混合發(fā)射濾波器(結(jié)合干擾和吸收濾波器)提高了圖像對比度。

新的深度學(xué)習(xí)模型優(yōu)化了圖像形成的計算方面，以實現(xiàn)在寬視野范圍內(nèi)的高質(zhì)量3D成像。該算法將軸向分辨率提高到約25 μm，比之前用于重建的方法好約8倍，同時將重建時間減少到4秒以下，用于視野為7 mm、深度為0.8 mm的體積。

Yang補(bǔ)充說：“未來的工作將專注于解決組織散射的突出挑戰(zhàn)。我們設(shè)想探索有前途的解決方案，如微型結(jié)構(gòu)照明技術(shù)和散射合并的3D重建框架，以擴(kuò)大CM2的實用性�！�

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