香港中文大学开发了一种新颖的成像方法

　　神经元的活动通常在10毫秒的时间范围内完成，这使得常规显微镜很难直接观察到这些现象。 这种新的压缩感测双光子显微镜技术可用于生物神经分布的3D成像或同时监视数百个神经元的活动。

研究人员通过使用（a）传统的点扫描和（b）新的压缩成像方法，制备了花粉粒的双光子显微镜图像。点扫描成像时间为2.2秒，而压缩成像时间仅需要0.55秒。

　　双光子显微镜通过向样品提供超快脉冲的红外激光脉冲来工作，并与荧光标记相互作用以创建图像。由于它能够在生物组织中产生高达1毫米深度的高分辨率3D图像，因此被广泛用于生物学研究。然而，由于荧光信号很微弱，这些优势同时伴随着受限的双光子显微镜成像速度。为了加快扫描速度，研究团队开发了一种使用数字微镜设备（DMD）的多焦点激光照明方法。该研究解决了传统DMD无法与超快激光一起使用的问题，使它们能够集成并用于光束整形、脉冲整形和双光子成像。DMD在样品中随机选择的位置上产生30点聚焦激光，每个光点的位置和强度由投射到设备上的二进制全息图控制。在每次测量期间，DMD会重新闪烁全息图以更改每个焦点的位置，并使用单像素检测器记录双光子荧光的强度。尽管在许多方面，DMD多焦点扫描比传统的机械扫描更灵活、更快速，但是速度仍然受到DMD刷新率的限制。

　　研究人员通过将多焦点扫描与压缩感测相结合，进一步提高了成像速度。这种方法可以用较少的测量值进行图像采集。这是因为它只需一步即可执行图像测量和压缩，然后使用一种算法根据测量结果重建图像。对于双光子显微镜，它可以减少70％到90％的测量次数。在进行了模拟实验以证明该新方法的性能和参数后，研究人员通过两光子成像实验对其进行了测试。这些实验证明了该技术具有从任何视场以高成像速度生成高质量3D图像的能力。例如，他们能够在0.55秒内从花粉粒中获取3D图像，用传统的点扫描获取的相同图像花费了2.2秒。

　　Chen Shi-Chi Chen教授说：“这种方法在不牺牲分辨率的情况下，成像速度提高了三到五倍。我们相信，这种新方法将在生物学和医学领域（例如光遗传学）带来新发现。为了进一步提高重建算法的速度和图像质量，我们还计划将DMD与其他先进的成像技术一起使用，从而可以在更深的组织中成像。”