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Nov 15, 2023

Le microscope informatique atteint un niveau 3D élevé

8 août 2023 Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

8 août 2023

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par Optica

Les chercheurs rapportent de nouvelles améliorations apportées à un mésoscope informatique miniature qui permet une imagerie 3D haute résolution en un seul coup avec un large champ de vision. Cet instrument miniature simple et peu coûteux pourrait être utile pour un large éventail d’applications d’imagerie par fluorescence 3D et d’enregistrement neuronal à grande échelle.

Qianwan Yang de l'Université de Boston présentera cette recherche au congrès Optica Imaging. La réunion hybride aura lieu du 14 au 17 août 2023 à Boston, Massachusetts.

"L'enregistrement neuronal animal en mouvement libre est vital car les interactions cérébrales fonctionnelles changent avec la motivation et le comportement. Le mésoscope vise à mesurer l'activité sur toute l'étendue du cortex des souris à une résolution cellulaire alors que les animaux s'engagent dans des comportements complexes et exigeants sur le plan cognitif. La microscopie à fluorescence est généralement utilisée. utilisé pour étudier les structures et la dynamique biologiques, mais la plupart des microscopes nécessitent un compromis entre le champ de vision, la résolution et la complexité du système », explique Yang.

"Pour surmonter les limites du microscope, le professeur Tian de l'Université de Boston et son groupe ont développé un mésoscope informatique miniature (CM2), un microscope doté à la fois d'une haute résolution spatiale et d'un large champ de vision. L'instrument est basé sur l'imagerie informatique, qui combine du matériel d'imagerie et des algorithmes informatiques pour réaliser des capacités d'imagerie autrement impossibles.

Les chercheurs ont récemment amélioré leur mésoscope en ajoutant de nouvelles optiques miniatures qui améliorent considérablement le débit lumineux et le contraste de l’image. Ils ont également développé un nouveau modèle d’apprentissage profond qui améliore considérablement la résolution axiale et la vitesse de reconstruction. Le système résultant est simple et peu coûteux grâce aux composants disponibles dans le commerce et imprimés en 3D utilisés.

Les mises à niveau matérielles comprenaient des collimateurs LED miniatures basés sur des optiques de forme libre et fabriqués à l'aide d'une résine transparente et d'une imprimante 3D de table. En ajoutant les nouveaux collimateurs (chacun pesant seulement 0,03 gramme) à l'éclairage à quatre LED de l'instrument, l'efficacité lumineuse a atteint environ 80 %. Cette mise à jour a également produit un éclairage uniforme et très confiné avec une puissance d'excitation allant jusqu'à 75 mW sur une région circulaire de 8 mm de diamètre. Les chercheurs ont amélioré le contraste de l’image en intégrant un nouveau filtre d’émission hybride combinant des filtres d’interférence et d’absorption.

Le nouveau modèle d'apprentissage profond optimise les aspects informatiques de la formation d'images pour permettre une imagerie 3D de haute qualité sur un large champ de vision. L'algorithme a amélioré la résolution axiale à environ 25 µm, environ huit fois meilleure que la méthode précédemment utilisée pour la reconstruction, tout en réduisant le temps de reconstruction à moins de 4 secondes pour un volume avec un champ de vision de 7 mm et une profondeur de 0,8 mm.

Yang a ajouté : « Les travaux futurs se concentreront sur le défi exceptionnel de la diffusion des tissus. Nous envisageons d'explorer des solutions prometteuses telles que les techniques d'éclairage structuré miniature et les cadres de reconstruction 3D incorporés par diffusion pour étendre l'utilité du CM2.

Fourni par Optica