多視圖共聚焦超分辨顯微鏡
技術出發點：
共聚焦顯微鏡憑借其對各種樣品成像時所具有的靈活性和可靠性，目前仍然是生物醫學光學顯微鏡中的主力。 但是其存在點擴散函數各向異性、分辨率衍射受限、散射樣品中與(yu) 深度相關(guan) 的退化(degradation)和體(ti) 積漂白等問題。
文章創新點：
基於(yu) 此，美國國立衛生研究院的Yicong Wu(一作兼通訊)等人提出一種多視圖(multiview)共聚焦顯微鏡，在空間上從(cong) 亞(ya) 微米到毫米，在時間上從(cong) 毫秒到小時級地增強共聚焦顯微鏡的性能。軸向和橫向分辨率提高兩(liang) 倍以上的同時，還降低了光毒性。主要舉(ju) 措有：
(1)、開發緊湊型線掃描儀(yi) ，能夠在大麵積上實現靈敏、快速、衍射極限的成像；
(2)、將線掃描與(yu) 多視圖成像相結合，開發可提高分辨率各向同性並恢複因散射而丟(diu) 失的信號的重建算法；
(3)、采用結構光照明顯微技術，在密集標記的厚樣品中實現超分辨率成像；
(4)、結合深度學習(xi) ，進一步提高成像速度、分辨率和持續時間。
作者對20多個(ge) 不同的固定和活樣本進行成像實驗，包括單細胞中的蛋白質分布；秀麗(li) 隱杆線蟲胚胎、幼蟲和成蟲的細胞核和發育中的神經元；果蠅翅膀成蟲盤中的成肌細胞；以及小鼠腎髒、食道、心髒和腦組織等。
原理解析：
將多視圖成像，結構光照明超分辨，基於(yu) 深度學習(xi) 的降噪、解卷積、圖像分割、超分辨預測相結合，獲得具有高性能的多模成像顯微鏡。
(1)成像裝置。405nm、488nm、561nm、647nm半導體(ti) 激光器各自經過半波片和二向色鏡後，合束進入聲光可調諧濾光器(AOTF)。AOTF對入射光進行開關(guan) 和功率控製。隨後，AOTF的出光經過兩(liang) 個(ge) 分光棱鏡分成三束光，由反射鏡和振鏡反射耦合進標號為(wei) A、B、C三條寬帶單模光纖，振鏡用於(yu) 調節耦合進光纖的光功率。每一條寬帶單模光纖出光各自耦合進一個(ge) 共焦掃描模組，每個(ge) 模組都包含一個(ge) MEMS線掃描儀(yi) 、耦合光路、物鏡、卷簾相機。A、B、C三個(ge) 模組按順序輪流采集。每個(ge) 模組實行線掃描，卷簾相機的行掃描和線掃描照明對應，實現共焦。
(2)采用去噪、三視圖解卷積模型，從(cong) 低信噪比的各個(ge) 視圖圖像獲得高信噪比的三視圖解卷積圖像，因為(wei) 結合了三個(ge) 視圖的信息，相比單視圖圖像，其分辨率的各向同性能力得到提升。在此基礎上，国产成人在线观看免费网站分割網絡區分細胞核。低信噪比圖像的国产成人在线观看免费网站，意味著可以使用更弱的激發光和更快的采集速度，因此成像速度和光毒性都能得到改善。
(3)多視圖結構光照明超分辨。在三個(ge) 正交方向上掃描線照明，每個(ge) 方向采集5張產(chan) 生均勻相移的圖像，平均處理後產(chan) 生衍射極限圖像。檢測每個(ge) 照明z大值並重新分配其周圍的熒光信號(光子重新分配)，可提高線掃描方向上的空間分辨率。組合從(cong) 多個(ge) 視圖獲取的圖像體(ti) 積進一步提升體(ti) 積分辨率。舉(ju) 例說明，體(ti) 積分辨率提升5.3倍：從(cong) 335nmX285nmX575nm提升到225nmX165nmX280nm。
(4)動態三維結構光顯微成像。一維結構光使得采集速度下降了15倍(因為(wei) 每個(ge) 方向采集5張圖，共三個(ge) 方向)，因此不適合實時超分辨国产成人在线观看免费网站。在這裏，訓練一個(ge) 殘差信道注意力網絡(residual channel attention network, RCAN)從(cong) 衍射極限輸入預測一維超分辨圖像。當訓練數據所用樣本的方向是隨機的時候，隻需要旋轉輸入圖像，然後重新作為(wei) 訓練好的網絡輸入，再結合聯合解卷積，即可將一維超分辨拓展到二維超分辨。
附圖：
視頻：
表達Lifeact tdTomato的U2OS細胞三視圖二維SIM和原始視圖比較
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