香港中文大學開發了一種新穎的成像方法

　　神經元的活動通常在10毫秒的時間范圍內完成，這使得常規顯微鏡很難直接觀察到這些現象。 這種新的壓縮感測雙光子顯微鏡技術可用于生物神經分布的3D成像或同時監視數百個神經元的活動。

研究人員通過使用（a）傳統的點掃描和（b）新的壓縮成像方法，制備了花粉粒的雙光子顯微鏡圖像。點掃描成像時間為2.2秒，而壓縮成像時間僅需要0.55秒。

　　雙光子顯微鏡通過向樣品提供超快脈沖的紅外激光脈沖來工作，并與熒光標記相互作用以創建圖像。由于它能夠在生物組織中產生高達1毫米深度的高分辨率3D圖像，因此被廣泛用于生物學研究。然而，由于熒光信號很微弱，這些優勢同時伴隨著受限的雙光子顯微鏡成像速度。為了加快掃描速度，研究團隊開發了一種使用數字微鏡設備（DMD）的多焦點激光照明方法。該研究解決了傳統DMD無法與超快激光一起使用的問題，使它們能夠集成并用于光束整形、脈沖整形和雙光子成像。DMD在樣品中隨機選擇的位置上產生30點聚焦激光，每個光點的位置和強度由投射到設備上的二進制全息圖控制。在每次測量期間，DMD會重新閃爍全息圖以更改每個焦點的位置，并使用單像素檢測器記錄雙光子熒光的強度。盡管在許多方面，DMD多焦點掃描比傳統的機械掃描更靈活、更快速，但是速度仍然受到DMD刷新率的限制。

　　研究人員通過將多焦點掃描與壓縮感測相結合，進一步提高了成像速度。這種方法可以用較少的測量值進行圖像采集。這是因為它只需一步即可執行圖像測量和壓縮，然后使用一種算法根據測量結果重建圖像。對于雙光子顯微鏡，它可以減少70％到90％的測量次數。在進行了模擬實驗以證明該新方法的性能和參數后，研究人員通過兩光子成像實驗對其進行了測試。這些實驗證明了該技術具有從任何視場以高成像速度生成高質量3D圖像的能力。例如，他們能夠在0.55秒內從花粉粒中獲取3D圖像，用傳統的點掃描獲取的相同圖像花費了2.2秒。

　　Chen Shi-Chi Chen教授說：“這種方法在不犧牲分辨率的情況下，成像速度提高了三到五倍。我們相信，這種新方法將在生物學和醫學領域（例如光遺傳學）帶來新發現。為了進一步提高重建算法的速度和圖像質量，我們還計劃將DMD與其他先進的成像技術一起使用，從而可以在更深的組織中成像。”