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Nov 15, 2023

Microscópio computacional atinge alta resolução 3D

8 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

8 de agosto de 2023

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da Optica

Os pesquisadores relatam novas atualizações para um mesoscópio computacional em miniatura que permite imagens 3D de alta resolução com um amplo campo de visão. O instrumento em miniatura simples e de baixo custo pode ser útil para uma ampla gama de imagens de fluorescência 3D em grande escala e aplicações de gravação neural.

Qianwan Yang, da Universidade de Boston, apresentará esta pesquisa no Optica Imaging Congress. A reunião híbrida acontecerá de 14 a 17 de agosto de 2023, em Boston, Massachusetts.

"O registro neural de animais em movimento livre é vital à medida que as interações cerebrais funcionais mudam com a motivação e o comportamento. O mesoscópio tem como objetivo medir a atividade em toda a extensão do córtex de camundongos na resolução celular, à medida que os animais se envolvem em comportamentos complexos e cognitivamente exigentes. A microscopia de fluorescência é comumente usado para estudar estruturas e dinâmicas biológicas, mas a maioria dos microscópios exige uma compensação entre campo de visão, resolução e complexidade do sistema", explica Yang.

"Para superar os limites do microscópio, o professor Tian da Universidade de Boston e seu grupo desenvolveram um mesoscópio computacional em miniatura (CM2) - um microscópio com alta resolução espacial e um grande campo de visão. O instrumento é baseado em imagens computacionais, que combina hardware de imagem e algoritmos computacionais para realizar capacidades de imagem que de outra forma seriam impossíveis."

Os pesquisadores atualizaram recentemente seu mesoscópio adicionando novas ópticas em miniatura que melhoram muito o rendimento da luz e o contraste da imagem. Eles também desenvolveram um novo modelo de aprendizado profundo que melhora significativamente a resolução axial e a velocidade de reconstrução. O sistema resultante é simples e de baixo custo graças aos componentes prontos para uso e impressos em 3D utilizados.

As atualizações de hardware incluíram colimadores LED em miniatura baseados em óptica de forma livre e fabricados com resina transparente e impressora 3D de mesa. Ao adicionar os novos colimadores – cada um pesando apenas 0,03 gramas – ao iluminador de quatro LEDs do instrumento, a eficiência da luz atingiu aproximadamente 80%. Esta atualização também produziu uma iluminação uniforme e altamente confinada com potência de excitação de até 75 mW em uma região circular de 8 mm de diâmetro. Os pesquisadores aumentaram o contraste da imagem incorporando um novo filtro de emissão híbrido que combina filtros de interferência e absorção.

O novo modelo de aprendizagem profunda otimiza os aspectos computacionais da formação de imagens para permitir imagens 3D de alta qualidade em um amplo campo de visão. O algoritmo melhorou a resolução axial para aproximadamente 25 μm, cerca de oito vezes melhor que o método usado anteriormente para reconstrução, ao mesmo tempo que reduziu o tempo de reconstrução para menos de 4 segundos para um volume com campo de visão de 7 mm e profundidade de 0,8 mm.

Yang acrescentou: "O trabalho futuro se concentrará em enfrentar o grande desafio da dispersão de tecidos. Prevemos explorar soluções promissoras, como as técnicas de iluminação estruturada em miniatura e estruturas de reconstrução 3D incorporadas à dispersão para expandir a utilidade do CM2."

Fornecido pela Optica