Los investigadores han desarrollado una forma de mejorar la velocidad de imagen de la microscopía de dos fotones hasta cinco veces sin comprometer la resolución. Esta velocidad de imagen rápida y récord permitirá a los científicos observar fenómenos biológicos que anteriormente eran demasiado fugaces para la imagen con el estado actual de-la técnica avanzada de microscopía.
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas , los investigadores dirigidos por Shih-Chi Chen de la Universidad China de Hong Kong describen cómo combinaron un enfoque de imagen computacional conocido como imagen compresiva con un método de escaneo más rápido. Utilizaron el nuevo método para adquirir imágenes de microscopía de dos fotones de un polengrano en menos de un segundo. Esto tomaría cinco veces más tiempo usando el enfoque tradicional.
"Este nuevo método de microscopía de dos fotones basado en sensores de compresión será útil para visualizar una red neuronal o monitorear la actividad de cientos de neuronas simultáneamente", dijo Chenyang Wen, primer autor del artículo. "Típicamente, las neuronas transmiten señales en unescala de tiempo de 10 milisegundos, que los sistemas convencionales son demasiado lentos para seguir ".
El escaneo más rápido La microscopía de dos fotones funciona mediante la entrega de pulsos ultrarrápidos de luz láser infrarroja a la muestra donde interactúa con los tejidos o las etiquetas fluorescentes que emiten señales utilizadas para crear una imagen. Se utiliza ampliamente para la investigación de biología debido a su capacidad para producirimágenes 3D de alta resolución de hasta un milímetro de profundidad. Sin embargo, estas ventajas vienen con una velocidad de imagen limitada porque las condiciones de poca luz requieren detectores puntuales que requieren la adquisición y reconstrucción de imágenes punto por punto.
Para acelerar la obtención de imágenes, los investigadores desarrollaron previamente un método de iluminación láser de enfoque múltiple que utiliza un dispositivo de microespejo digital DMD, un tipo de escáner de luz de bajo costo que generalmente se usa en proyectores ". Se pensó que estos DMD no podíantrabajar con láseres ultrarrápidos ", dijo Chen." Sin embargo, recientemente abordamos este problema, que ha permitido la aplicación de DMD en aplicaciones láser ultrarrápidas que incluyen conformación de haz, conformación de pulso, exploración rápida e imágenes de dos fotones ".
El DMD genera de cinco a 30 puntos de luz láser enfocada en ubicaciones seleccionadas al azar dentro de una muestra. La posición y la intensidad de cada punto de luz se controlan mediante un holograma binario que se proyecta en el dispositivo. Durante cada medición, el DMD vuelve a parpadearel holograma para cambiar la posición de cada foco y registra la intensidad de la fluorescencia de dos fotones con un detector de un solo píxel. Aunque, en muchos sentidos, el escaneo de enfoque múltiple DMD es más flexible y más rápido que el escaneo ráster tradicional, la velocidad estodavía limitado por la velocidad a la que el dispositivo puede formar patrones de luz.
La combinación de métodos brinda imágenes más rápidas En el nuevo trabajo, los investigadores aumentan aún más la velocidad de las imágenes al combinar el escaneo de enfoque múltiple con detección de compresión. Este enfoque computacional permite la reconstrucción de imágenes con menos exposiciones porque lleva a cabo el muestreo y la compresión de imágenes en un solo pasoy luego usa un algoritmo para completar la información que falta. Para la microscopía de dos fotones, permite reconstruir un espécimen utilizando entre un 70 y un 90 por ciento menos de exposición que los enfoques tradicionales.
Después de realizar un experimento de simulación para demostrar el rendimiento del nuevo método e identificar parámetros óptimos, los investigadores lo probaron con experimentos de imágenes de dos fotones. Estos experimentos demostraron la capacidad de la técnica para producir imágenes 3D de alta calidad con altas velocidades de imagen desde cualquier campode vista. Por ejemplo, pudieron adquirir imágenes de cinco capas en un grano de polen, con cada capa midiendo 100 × 100 píxeles, en solo .55 segundos. Las mismas imágenes adquiridas con el escaneo de trama tomaron 2.2 segundos.
"Logramos una mejora de 3 a 5 veces en la velocidad de imagen sin sacrificar la resolución cuando se toman imágenes de regiones arbitrariamente seleccionadas en muestras 3D", dijo Wen. "Creemos que este nuevo enfoque basado en la detección de compresión será útil para usar con enfoques comooptogenética en la que la luz se usa para controlar las neuronas y conducirá a nuevos descubrimientos en biología y medicina ".
Los investigadores están trabajando para mejorar aún más la velocidad del algoritmo de reconstrucción y la calidad de la imagen. También planean usar la plataforma DMD con otras técnicas avanzadas de imagen, como la corrección del frente de onda, que permite obtener imágenes de tejido profundo.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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