研究人員開發了一種簡單的方法來捕獲活細胞和生物的高質量3D圖像

研究人員開發了一種簡單的方法，可以使用標準顯微鏡同時獲取不同深度的圖像。這項新技術可以應用于各種顯微鏡方法，使其可用于多種生物學和生物醫學成像應用。

波士頓大學研究小組成員盛曉說：“光學顯微鏡一直是研究3-D復雜生物系統和過程的必不可少的工具。” “我們的新的多焦點技術可以高速，高對比度地觀察活細胞和生物。”

在光學協會(OSA)的高影響力研究期刊中，由杰羅姆·梅爾茨(Jerome Mertz)領導的研究人員描述了他們使用標準顯微鏡從不同深度獲取信息的直接，快速的新方法。新方法可以簡單地添加到大多數現有系統中，并且易于復制，從而使其他研究人員可以使用。

捕獲多焦點圖像

基于標準相機的顯微鏡系統可在單個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同時獲取具有不同焦深的圖像，但是這些方法通常需要多個攝像頭或使用專門的衍射光學元件通過單個攝像頭進行圖像分割。兩種策略都很復雜，并且衍射光學元件可能難以制造。

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

Z分離器棱鏡將檢測到的光分開，以在單個攝像機幀中同時生成多個圖像。每個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數的高速相機，研究人員可以在同一傳感器上分配多個高分辨率圖像而不會出現任何重疊。

用新技術采集的多焦點圖像使從樣品中估計離焦背景的方法比單幅圖像更準確。研究人員利用這些信息開發了一種改進的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通常是一個問題。

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

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新技術，包括熒光，相襯和暗場成像。他們捕獲了涵蓋數百個神經元或整個自由移動的有機體的大視野3-D圖像，以及輪蟲纖毛的高速3-D圖像(每百分之一秒跳動一次)。這說明了該方法如何為優先考慮大視野或高速場景提供靈活性。

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