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Nov 15, 2023

El microscopio computacional alcanza una altura 3D

8 de agosto de 2023 Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

8 de agosto de 2023

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por Óptica

Los investigadores informan sobre nuevas actualizaciones de un mesoscopio computacional en miniatura que permite obtener imágenes 3D de alta resolución de un solo disparo con un amplio campo de visión. El instrumento en miniatura, simple y de bajo costo, podría ser útil para una amplia gama de aplicaciones de grabación neuronal y de imágenes de fluorescencia 3D a gran escala.

Qianwan Yang de la Universidad de Boston presentará esta investigación en el Optica Imaging Congress. La reunión híbrida se llevará a cabo del 14 al 17 de agosto de 2023 en Boston, Massachusetts.

"El registro neuronal de los animales en movimiento libre es vital ya que las interacciones funcionales del cerebro cambian con la motivación y el comportamiento. El mesoscopio tiene como objetivo medir la actividad en toda la extensión de la corteza de los ratones con resolución celular a medida que los animales participan en comportamientos complejos y cognitivamente exigentes. La microscopía de fluorescencia es comúnmente Se utiliza para estudiar estructuras y dinámicas biológicas, pero la mayoría de los microscopios requieren un equilibrio entre el campo de visión, la resolución y la complejidad del sistema", explica Yang.

"Para superar los límites del microscopio, el profesor Tian de la Universidad de Boston y su grupo desarrollaron un mesoscopio computacional en miniatura (CM2), un microscopio con una alta resolución espacial y un gran campo de visión. El instrumento se basa en imágenes computacionales, que Combina hardware de imágenes y algoritmos computacionales para lograr capacidades de imágenes que de otro modo serían imposibles".

Los investigadores actualizaron recientemente su mesoscopio añadiendo nuevas ópticas en miniatura que mejoran enormemente el rendimiento de la luz y el contraste de la imagen. También desarrollaron un nuevo modelo de aprendizaje profundo que mejora significativamente la resolución axial y la velocidad de reconstrucción. El sistema resultante es simple y de bajo costo gracias a los componentes disponibles en el mercado y impresos en 3D que se utilizan.

Las actualizaciones de hardware incluyeron colimadores LED en miniatura basados ​​en ópticas de forma libre y fabricados con una resina transparente y una impresora 3D de mesa. Al agregar los nuevos colimadores, cada uno de los cuales pesa solo 0,03 gramos, al iluminador de matriz de cuatro LED del instrumento, la eficiencia de la luz alcanzó aproximadamente el 80%. Esta actualización también produjo una iluminación uniforme y muy confinada con una potencia de excitación de hasta 75 mW en una región circular de 8 mm de diámetro. Los investigadores aumentaron el contraste de la imagen incorporando un nuevo filtro de emisión híbrido que combina filtros de interferencia y absorción.

El nuevo modelo de aprendizaje profundo optimiza los aspectos computacionales de la formación de imágenes para permitir imágenes 3D de alta calidad en un amplio campo de visión. El algoritmo mejoró la resolución axial a aproximadamente 25 μm, aproximadamente ocho veces mejor que el método utilizado anteriormente para la reconstrucción, al tiempo que redujo el tiempo de reconstrucción a menos de 4 segundos para un volumen con un campo de visión de 7 mm y una profundidad de 0,8 mm.

Yang añadió: "El trabajo futuro se centrará en abordar el desafío excepcional de la dispersión de tejidos. Prevemos explorar soluciones prometedoras como las técnicas de iluminación estructurada en miniatura y los marcos de reconstrucción 3D incorporados por dispersión para ampliar la utilidad de CM2".

Proporcionado por Óptica