研究人员开发了一种简单的方法来捕获活细胞和生物的高质量3D图像

研究人员开发了一种新的多焦点技术，该技术使用z分离棱镜（右）在标准显微镜中分离检测到的光。这样就可以在单个相机框架中同时生成多个图像，每个图像聚焦到样本中的不同深度。图片来源：波士顿大学，萧潇

研究人员已经开发出一种简单的方法，可以使用标准显微镜同时获取不同深度的图像。这项新技术可以应用于各种显微镜方法，使其可用于多种生物学和生物医学成像应用。

波士顿大学研究小组成员盛晓说：“光学显微镜一直是研究3-D复杂生物系统和过程的必不可少的工具。” “我们的新的多焦点技术可以高速，高对比度地观察活细胞和生物。”

在光学协会高影响力的研究期刊中，由杰罗姆·梅尔茨领导的研究人员描述了他们使用标准显微镜从不同深度获取信息的直接且快速的新方法。新方法可以简单地添加到大多数现有系统中，并且易于复制，从而使其他研究人员可以使用。

捕获多焦点图像

基于相机的标准显微镜系统在单个焦平面上获取清晰的图像。尽管研究人员尝试了各种策略来同时获取具有不同焦深的图像，但是这些方法通常需要多个摄像头或使用专门的衍射光学元件通过单个摄像头进行图像分割。两种策略都很复杂，并且衍射光学元件可能难以制造。

肖说：“我们使用的z分离棱镜可以完全由现成的组件组装而成，并且可以很容易地应用于各种成像方式，例如荧光，相衬或暗场成像。”

Z分离器棱镜将检测到的光分开，以在单个摄像机帧中同时生成多个图像。每个图像都聚焦在样本中的不同深度处。使用具有大传感器面积和高像素数的高速相机，研究人员可以在同一传感器上分配多个高分辨率图像而不会出现任何重叠。

用新技术采集的多焦点图像，从样品中估计离焦背景的方法比单幅图像更准确。研究人员利用这些信息开发了一种改进的3-D去模糊算法，该算法消除了散焦的背景光，这在​​使用宽视野显微镜时通常是一个问题。

肖说:“我们的扩展体3-D清模糊算法可以消除成像体积以外的远焦背景。”“这改善了图像对比度和信噪比，使其在涉及厚样本的荧光成像应用中特别有用。”

展示的多功能性

研究人员用常用的显微镜方法展示了这项新技术，包括荧光，相衬和暗场成像。他们捕获了涵盖数百个神经元或整个自由移动的有机体的大视野3-D图像，以及轮虫纤毛的高速3-D图像（每百分之一秒跳动一次）。这说明了该方法为优先考虑大视野或高速场景提供灵活性。

为了证明扩展体积的3-D去模糊算法的功能，研究人员对各种厚样本进行了成像，包括活老鼠的大脑。与原始的多焦点图像和更传统的3-D去模糊算法相比，他们观察到明显的对比度和信噪比改善。研究人员现在正在努力扩展该技术，以便它可以与更多的成像方式一起使用。