復(fù)用通過背景熒光的積累降低了信噪比(SNR)鹏漆，并加劇了大腦發(fā)熱巩梢。雖然隨機(jī)存取多光子顯微鏡允許在三個維度上快速光學(xué)訪問神經(jīng)元目標(biāo)，但該方法在記錄行為動物(behaving animals)時受到運動偽影的挑戰(zhàn)艺玲。隨機(jī)存取多光子(random-access multiphoton, RAMP)顯微鏡以不連續(xù)的三維柵格掃描中的一系列不相交的感興趣點 (POI) 為目標(biāo)括蝠，從而截斷空間采樣以在時域中加速采樣。三維RAMP顯微鏡已使用聲光偏轉(zhuǎn)器(acousto-optic deflector, AOD) 實現(xiàn)饭聚，它通過掃描光束的傾斜和離焦相位調(diào)制來控制激發(fā)焦點的三維位置忌警。然而，RAMP記錄僅限于體外操作和麻醉 ...
伸技術(shù)背景：熒光成像已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療實踐秒梳，隨著對光與生物組織相互作用認(rèn)識的深入以及檢測技術(shù)成本的下降法绵，熒光成像波長整體上從可見光區(qū)域不斷紅移到近紅外（NIR）區(qū)域箕速。光在生物介質(zhì)中傳播時的能量損失可歸咎于吸收衰減和散射干擾。吸收損耗決定了我們能否捕捉到信號礼烈，而散射信號總是降低圖像的清晰度弧满。此外婆跑，生物組織過度吸收光可能會導(dǎo)致組織損傷此熬。一些生物分子的自發(fā)熒光總是與有用信號混合在一起，zui終成為拍攝圖像的背景滑进。因此犀忱，光吸收和散射對熒光圖像采集完全有害的根深蒂固的信念促使大多數(shù)研究人員追求具有z小光子吸收和散射的完美窗口用于生物成像》龉兀基于第二近紅外窗口(NIR-II)的生物熒光成像被普遍公認(rèn)為具有更小 ...
阴汇、雙光子激發(fā)熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實現(xiàn)離體生物樣本的分子組成和形態(tài)信息的高靈敏和高特異性無創(chuàng)無標(biāo)記檢測(區(qū)分惡性組織和良性0組織)节槐。當(dāng)前不足：完成多模非線性顯微鏡有以下挑戰(zhàn)：(1) 光纖耦合的高功率超快激光源(具有風(fēng)冷搀庶、堅固、緊湊铜异、便攜特性)哥倔；(2) 在長距離上的使用光纖進(jìn)行超短脈沖激光傳輸和信號采集，要求具有低損耗揍庄；(3) 置于內(nèi)窺鏡頭端部成像用的超緊湊咆蒿、快速、精確的掃描儀蚂子；(4) 高性能小型化高數(shù)值孔徑的內(nèi)窺顯微物鏡沃测，在雙波段進(jìn)行校正(因為相干拉曼成像使用兩個光譜不一樣的激光束)。文章創(chuàng)新點：基于此食茎，GRIN ...
到光子計數(shù)的熒光指示劑在體成像(電壓和鈣)蒂破，其散粒噪聲在像素級測量中占主導(dǎo)地位。同樣地别渔，電子電路中存在的熱噪聲和散粒噪聲會影響fMRI中體內(nèi)電生理記錄和血氧水平依賴性(BOLD)反應(yīng)中動作電位的檢測附迷，從而影響真實生物信號的測量。手動設(shè)計濾波器去噪使用場景有限钠糊。當(dāng)時空上接近的數(shù)據(jù)點有相同的潛在信號挟秤，但是被噪聲獨立影響時，中值或高斯濾波(在時域或傅里葉域)可以用于增強(qiáng)單次試驗動態(tài)抄伍，代價是空間和/或時間分辨率艘刚。盡管濾波的方法被廣泛使用，當(dāng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系橫跨多個維度(如時間和空間)或者本質(zhì)上是非線性的時候截珍，手動設(shè)計非常好的去噪濾波器將會非常困難攀甚÷崞樱基于學(xué)習(xí)的方法需要ground truth或者不適合神經(jīng) ...
a，將線粒體熒光圖像的 3D 或 2D 時間堆棧作為輸入秋度。b炸庞，原始 (OG) 堆棧（左），顯示了白色十字準(zhǔn)線的正交 z 投影荚斯。該堆棧通過漫反射背景 (DB) 減法算法運行埠居，以消除相鄰線粒體之間的噪聲。顯示了具有高 DB (i) 的核周區(qū)域和具有低 DB (ii) 的層周區(qū)域的示例事期。c滥壕，參數(shù)探索方案通過高斯濾波器標(biāo)準(zhǔn)差和絕對閾值的組合進(jìn)行迭代，并分析所得時間堆棧的連接組件在整個堆棧中的數(shù)量和大小的可變性兽泣。這會在參數(shù)下產(chǎn)生特定的z小值（白點）绎橘。d，高斯濾波器（右）以及強(qiáng)度和面積閾值應(yīng)用于堆棧以產(chǎn)生二值掩膜（左）唠倦。e称鳞，二進(jìn)制掩膜與原始堆棧相乘以產(chǎn)生用于跟蹤的zui終堆棧。比例尺稠鼻，全圖為 ...
分配其周圍的熒光信號(光子重新分配)冈止，可提高線掃描方向上的空間分辨率。組合從多個視圖獲取的圖像體積進(jìn)一步提升體積分辨率枷餐。舉例說明靶瘸，體積分辨率提升5.3倍：從335nmX285nmX575nm提升到225nmX165nmX280nm。(4)動態(tài)三維結(jié)構(gòu)光顯微成像毛肋。一維結(jié)構(gòu)光使得采集速度下降了15倍(因為每個方向采集5張圖怨咪，共三個方向)，因此不適合實時超分辨應(yīng)用润匙。在這里诗眨，訓(xùn)練一個殘差信道注意力網(wǎng)絡(luò)(residual channel attention network, RCAN)從衍射極限輸入預(yù)測一維超分辨圖像。當(dāng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)所用樣本的方向是隨機(jī)的時候孕讳，只需要旋轉(zhuǎn)輸入圖像匠楚，然后重新作為訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)輸入 ...
可以減少離焦熒光，從而產(chǎn)生更銳利的三維圖像厂财。另外芋簿，還可以將分布式點擴(kuò)散函數(shù)(PSF)有意設(shè)計到成像系統(tǒng)中，從而獲得如單幀高光譜成像璃饱、單幀三維成像這樣的能力与斤。在這種情況里，采用多路復(fù)用的光學(xué)器件通過將物空間中的每一點映射到成像傳感器上的分布式模式以將二維和三維信息編碼，然后利用解卷積算法從模糊或編碼的測量來重建編碼的清晰圖像或體積×么現(xiàn)有的解卷積算法應(yīng)用場景有限×字В現(xiàn)今已有多種解卷積算法。經(jīng)典的有Wiener濾波(屬于closed-form方法)食寡、Richardson-Lucy和快速迭代收斂閾值算法(屬于迭代優(yōu)化方法)等雾狈。但是現(xiàn)有的解卷積方法往往需要精心挑選的先驗信息(如total variatio ...
積空間信息的熒光成像技術(shù)不同，這種四維成像方案有效地從空間尺度（例如視場 (FOV) 和空間分辨率）上減小了體積采集時間抵皱，從而使 LFM 成為生物系統(tǒng)高速體積成像的有效工具之一善榛，并具有低光損傷的特點。新的 LFM 技術(shù)已經(jīng)證明了其能夠應(yīng)用于功能性腦成像叨叙，在數(shù)十至數(shù)百微米的深度保持細(xì)胞級空間分辨率锭弊，體積采集時間為 10 毫秒級。甚至擂错，該方法zui近已被證明用于觀察單細(xì)胞標(biāo)本的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，具有接近衍射極限的三維空間分辨率樱蛤、數(shù)微米的成像深度（足以覆蓋單個細(xì)胞的大部分體積）钮呀，以及毫秒級的采集時間。對于傳統(tǒng)的 LFM昨凡，微透鏡陣列 (MLA) 放置在寬視場顯微鏡的原生像平面 (native image ...
術(shù)爽醋，包括落射熒光和平面照明方法，可以以高空間分辨率對活體樣本在三個維度進(jìn)行成像便脊。然而蚂四，它們需要記錄大量二維圖像來產(chǎn)生三維體積，并且時間分辨率因相機(jī)需要采集多幀而受到影響哪痰。光場顯微鏡 (light-field microscopy, LFM) 已成為瞬時體積成像的首選技術(shù)遂赠。它通過將瞬態(tài)三維光場信息記錄在單個二維相機(jī)幀上，然后通過后處理恢復(fù)三維光場分布晌杰。由于 LFM 提供僅受相機(jī)幀速率限制的高速體積成像跷睦，它在各種應(yīng)用展示了它的能力，例如神經(jīng)元活動的記錄和體模中心臟動力學(xué)的可視化肋演。當(dāng)前不足：盡管LFM體積成像速度快抑诸，且取得了不少進(jìn)展。但是由于其空間分辨率存在分辨率不均勻和分辨率低的缺點爹殊，以及重建速度 ...
蜕乡。基因編碼的熒光指示劑和光學(xué)成像使對活體動物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的選擇性標(biāo)記和觀察成為可能梗夸，這改變了神經(jīng)回路的研究层玲。此類技術(shù)需要將光聚焦到腦組織內(nèi)。由于折射率不均勻引起的隨機(jī)光散射，單細(xì)胞分辨率的功能成像探測深度通常在1 毫米的量級称簿。即使對于厘米級的小鼠大腦扣癣，這種穿透深度也將大腦區(qū)域的光學(xué)成像限制在了淺表層，因此除非采用侵入式手段憨降，否則大部分大腦仍然無法進(jìn)行高分辨率光學(xué)成像父虑。盡管功能磁共振成像和基于超聲的方法等宏觀和介觀成像模式可以對深層大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，但它們?nèi)狈斫馍窠?jīng)回路至關(guān)重要的單細(xì)胞分辨率和靈敏度授药。因此士嚎，目前選擇在腦部插入微型光學(xué)探頭的方式實現(xiàn)細(xì)胞級分辨率深層腦成像。目前已經(jīng)開發(fā)了幾種 ...
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