تصویربرداری بیولوژیک سه‌بعدی سریع‌تر با میکروسکوپ  سنجش فشار دو فوتونی

محققان در دانشگاه هنگ کونگ سیستمی را ساخته‌اند که سرعت تصویربرداری میکروسکوپ  دو فوتونی  را تا سه تا پنج برابر بدون برهم زدن رزولوشن تصویر افزایش می‌دهد. این روش تصویربرداری سرعت بالا با ترکیب یک الگوریتم سنجش فشار با میکروسکوپ  هولوگرافی دیجیتال صورت گرفت.

این روش جدید قادر است تا تصاویر میکروسکوپی دو فوتونی  را از نونه 3 بعدی در مدت زمان یک ثانیه تولید کند که نسبت به روش متداول سرعتی سه تا پنج برابر بالاتر دارد. نتایج مطالعه اخیر در مجله Optics Letters منتشرشده است.

به طور کلی فعالیت نورون‌ها در مقیاس زمانی 10 میلی‌ثانیه کامل می‌شود که این امر مشهده مستقیم این پدیده را برای میکروسکوپ های معمول دشوار می‌کند. این میکروسکوپ  دو فوتونی  سنجش فشاری می تواند برای تصویربرداری سه‌بعدی از توزیع عصب موجودات زنده یا نظارت بر فعالیت صدها نورون به طور همزمان به کار گرفته شود.

میکروسکوپ  دو فوتونی  با ارائه پالس‌های فوق سریع نور لیزر مادون قرمز به نمونه کار می‌کند، جایی که با برپشب‌های فلورسنت برای ایجاد یک تصویر تعامل می‌کند. از این روش، به دلیل توانایی آن برای تولید عکس‌های سه‌بعدی با رزولوشن بالا تا عمق یک میلی‌متر در بافت زنده، به طور گسترده برای مطالعه‌های بیولوژیکی استفاده می‌شود. بااین‌حال، این مزیت‌ها، به علت ضعف سیگنال‌دهی فلورسنت، با محدودیت سرعت میکروسکوپ  دو فوتونی  مواجه است.

برای افزایش سرعت اسکن، گروه تحقیقاتی روش نوردهی لیزر با فوکوس چندگانه را ایجاد کردند که از یک دستگاه میکروآینه دیجیتال (DMD) استفاده می‌کند. این مطالعه مشکل ناپایدار بودن DMDهای معمول را با کار لیزر فوق سریع حل می‌کند. همچنین امکان ترکیب و استفاده در شکل‌گیری پرتو، شکل‌گیری پالس و تصویربرداری دو فوتونی  را فراهم می‌کند.

DMD سی نقطه از نور لیزر متمرکز را با انتخاب تصادفی مکان در یک نمونه تولید می‌کند. موقعیت و شدت هر نقطه از نور توسط هولوگرام باینری، که روی دستگاه پیش‌بینی شده است، کنترل می‌شود. در طی هر اندازه‌گیری، DMD هولوگرام را مجدد می‌تاباند تا موقعیت هر فوکوس را تغییر داده و شدت فلورسانس دو فوتونی  را با یک ردیاب تک پیکسل ضبط کند. اگرچه، از بسیاری جهات، روش اسکن DMD با فوکوس چندگانه از روش‎های مکانیکی معمول سریع‌تر و انعطاف‌پذیرتر است، اما سرعت آن همچنان با نرخ تابش DMD محدود می‌شود.

محققان با ترکیب روش اسکن فوکوس چندگانه و سنجش فشار توانستد سرعت تصویربرداری را در این مطالعه افزایش دادند. این روش تصویربرداری را با اندازه‌گیری کمتری امکان‌پذیر می‌کند. دلیل این امر آن است که اندازه‌گیری و فشرده‌سازی تصویر را در یک مرحله انجام می‌شود و سپس از الگوریتم برای بازسازی تصویر از نتایج اندازه‌گیری استفاده می‌کند. برای میکروسکوپ  دو فوتونی ، تعداد اندازه‌گیری‌ها می‌تواند 70 تا 90 درصد کاهش یابد.

امید است این رویکرد جدید بتواند به کشف‌های جدید در زیست‌شناسی و پزشکی، مانند اپتوژنتیک کمک کند. این گروه تحقیقاتی اکنون روی افزایش سرعت الگوریتم بازسازی و کیفیت تصویر کار می‌کند. همچنین قصد دارند از DMD به همراه سایر تجهیزات تصویربرداری استفاده کنند تا امکان تصویربرداری در بافت‌های عمیق‌تر فراهم شود. 

لینک آگهی های پین پست