Lazerinis nuskaitomas stereomikroskopas, galintis vaizduoti realiuoju laiku 3D
Prieš kelias dienas Kinijos mokslų akademijos Siano Optikos ir mechanikos instituto valstybinės pagrindinės pereinamosios optikos ir fotonų technologijos laboratorijos super raiškos vaizdo gavimo komanda sėkmingai sukūrė dviejų fotonų sužadinimo lazeriu skenuojantį realaus laiko stereomikroskopą. .
Kai laboratorinė pelė mato katės atvaizdą, kaip veikia jos smegenys? Kaip ši nauja informacija perduodama neuroniniame tinkle, kuriame yra dešimtys milijonų neuronų? Kaip naudoti optinį mikroskopą, kad pažvelgtumėte į paslaptį? Šiuolaikiniai gyvosios gamtos mokslų tyrimai kelia naujų iššūkių optinės mikroskopijos vaizdo gavimo technologijai.
Prieš kelias dienas Kinijos mokslų akademijos Siano Optikos ir mechanikos instituto valstybinės pagrindinės pereinamosios optikos ir fotonų technologijos laboratorijos super raiškos vaizdo gavimo komanda sėkmingai sukūrė dviejų fotonų sužadinimo lazeriu skenuojantį realaus laiko stereomikroskopą. . „Tai leidžia mums stebėti dinamišką trimatį mikroskopinį pasaulį realiu laiku, pavyzdžiui, žiūrint trimatį filmą, be šviesos gabalėlių ir daug laiko reikalaujančios trimačio vaizdo rekonstrukcijos. Dr. Yang Yanlong, pagrindinis komandos narys, sakė. Paaiškėjo, kad įprastinė šviesos mikroskopija kenčia nuo dviejų problemų. Viena problema yra ta, kad vaizdo lauko gylis yra labai mažas ir vienu metu galima pamatyti tik ploną mėginio sluoksnį, o trimačio mėginio pasiskirstymo negalima tiesiogiai matyti. Kita sunkesnė problema: norint imituoti žmogaus suvokimą apie trimatį pasaulį per binokulinį matymą, Besselio spindulį reikia skenuoti dviem kryptimis. Jei vaizdavimo šiomis dviem kryptimis delsa yra per didelė, ji bus trumpalaikė. Fluorescencinio signalo negalima tiksliai užfiksuoti ir nustatyti. Pavyzdžiui, dviejų fotonų sužadinimo lazerinė skenuojanti fluorescencinė mikroskopija buvo plačiai naudojama neurovaizdavimo ir kitose srityse nuo tada, kai ji buvo pasiūlyta 1990-aisiais. Norint užbaigti 3D vaizdą, paprastai reikia dešimčių ar net šimtų 2D vaizdų sluoksnių uždėti ir atkurti. Visas 3D vaizdo gavimo procesas trunka mažiausiai kelias minutes, o greitis yra labai lėtas, todėl jis negali atitikti dinamiško gyvų organizmų trimačio vaizdo“, – paaiškino dr. Yang Yanlong.
Siano optikos ir mechanikos instituto didelės raiškos vaizdo gavimo komanda, vadovaujama tyrėjų Baoli Yao ir Tong Ye, nuskaitymui užbaigė pailgą fokusuotą lazerio spindulį – Beselio spindulį. Pjaustymas, aiškus storų 3D pavyzdžių vaizdavimas vienu metu. Siano Optikos ir mechanikos instituto tyrėjai įveikė sunkumus ir sukūrė sudėtingą lazerinio skenavimo įrenginį, kuris realizavo trijų laisvės laipsnių greitą Besselio spindulių nuskaitymą ir gali perjungti du žiūrėjimo kampus milisekundžių eilės tvarka (tūkst. sekundė).
Ką tai reiškia? Žodžiu, jei bitė praskrenda pro mus, mums reikia dviejų akių, kad ją matytume vienu metu, kad smegenys galėtų tiksliai suvokti jos padėtį. Jei kairė ir dešinė akis atsidaro ir užsidaro pakaitomis, smegenys bus Neįmanoma tiksliai nustatyti bičių padėties. Naujų techninių priemonių perjungimas „milisekundžių lygmeniu“ leidžia akimirksniu užbaigti dvigubo vaizdo vaizdavimą, kad būtų galima užfiksuoti trimačius dinaminius mėginio pokyčius realiuoju laiku.
Ši technologija pirmą kartą įgyvendina stereomikroskopinio vaizdo gavimo ir rodymo sistemą realiuoju laiku, pagrįstą dvigubo vaizdo lazeriniu skenavimu, o jos trimačio vaizdo greitis yra viena ar dviem eilėmis didesnis nei tradicinio skenavimo taškas po taško metodu. Tai reiškia, kad vaizdo gavimo procesas, kuris anksčiau trukdavo nuo minučių iki dešimčių minučių, dabar gali būti baigtas per kelias sekundes. Ši dviejų fotonų stereomikroskopinė vaizdo gavimo sistema suteikia naują stebėjimo įrankį trimačiam gyvų organizmų vaizdavimui realiuoju laiku, kuris gali būti naudojamas Stebėkite trumpalaikių neuronų signalų perdavimą per neuroninius tinklus. Suprantama, kad šį tyrimą parėmė Kinijos mokslų akademijos „Šimto talentų programa“ ir Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas. Nuo pagrindinių principų patikrinimo, pagrindinių technologijų proveržių iki pagrindinių prototipų užbaigimo – nuo pagrindinių tyrimų iki taikomųjų programų integravimo.
Šiuo metu tyrimų grupė bendradarbiauja su atitinkamomis mokslo tyrimų institucijomis šalyje ir užsienyje bei tikisi kuo greičiau pritaikyti šią technologiją trimačio greito gyvų organizmų vaizdavimo ir rodymo srityje.
