工程光波可快速记录3D显微镜图像

一种新技术能够快速获取3D图像，单次扫描是一种涉及细长光斑的技术，该光斑类似于“针”，可以捕获样本的3D图像。

这一新方法由东北大学和大阪大学的研究人员开发，可以在不移动观察平面的情况下快速拍摄3D图像，这是传统激光扫描显微镜所必需的。

光学显微镜在包括生命科学和医学诊断在内的各个领域都非常普遍和重要。由于许多生物细胞或组织结构复杂，三维观察至关重要。激光扫描显微镜是一种典型且成熟的方法，它通过扫描样品上的光斑来实现3D观察。一个主要问题是其耗时过程，因为它涉及重复的2D图像采集，需要改变观察平面。

研究人员使用一个沿轴向拉长的激光点，称为“光针”，作为激光扫描显微镜的照明。一般来说，使用这种光针是一种常见的方法，它可以产生深聚焦图像，捕获样本的扩展深度范围而不会模糊。然而，这种方法只提供2D图像，不包括样本的任何深度信息。

研究人员提出的解决方案是通过一种基于计算机生成全息（CGH）的技术来操纵样本发出的荧光信号。他们设计了一种全息图，用于测量样品内部不同深度位置发出的荧光。该全息图设计用于根据物体的深度位置，在探测器平面上产生横向位移和空间分离的图像。利用这种技术，可以同时将深度信息记录为横向信息，从而在不改变观测平面的情况下构建三维图像。

利用这一原理，研究人员开发了一种配有空间光调制器的显微镜系统，这是一种计算机控制的设备，用于投射CGH。开发的显微镜系统通过对20微米深度范围内的光针进行单个2D扫描，构建出一个3D图像。该系统记录了悬浮在水中的微米级珠子的动态运动的3D视频，这是现有激光扫描显微镜很少实现的。

研究人员还展示了对厚生物样本的快速3D图像采集，其速度是传统技术的十倍多。该技术将显著加快各种研究和工业领域的图像采集，其中3D图像观察和评估至关重要。研究人员目前正计划进一步扩展所提出方法的适用性，以缩小系统规模，并将其用于实际应用。

该研究发表在Biomedical Optics Express上。

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