Los investigadores han desarrollado un método simple para adquirir imágenes simultáneamente a diferentes profundidades con un microscopio estándar. La nueva técnica se puede aplicar a una variedad de métodos de microscopía, haciéndolo útil para una amplia gama de aplicaciones de imágenes biológicas y biomédicas.

"La microscopía óptica ha sido una herramienta indispensable para estudiar sistemas y procesos biológicos complejos en 3-D, "dijo Sheng Xiao, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Boston. "Nuestra nueva técnica de multifoco permite observar células y organismos vivos a altas velocidades y con alto contraste".

En Optica , La revista de la Optical Society (OSA) para investigaciones de alto impacto, Los investigadores dirigidos por Jerome Mertz describen su nueva forma sencilla y rápida de adquirir información de diferentes profundidades con microscopía estándar. El nuevo enfoque se puede agregar simplemente a la mayoría de los sistemas existentes y es fácil de replicar. haciéndolo accesible a otros investigadores.

Captura de imágenes multifoco

Los sistemas de microscopía estándar basados ​​en cámaras adquieren imágenes nítidas en un solo plano focal. Aunque los investigadores han probado varias estrategias para adquirir simultáneamente imágenes con diferentes profundidades focales, Por lo general, estos enfoques requieren varias cámaras o utilizan un elemento óptico difractivo especializado para realizar la división de imágenes con una sola cámara. Ambas estrategias son complejas, y un elemento óptico difractivo puede ser difícil de fabricar.

"Usamos un prisma divisor en Z que se puede ensamblar completamente a partir de componentes estándar y se aplica fácilmente a una variedad de modalidades de imagen como la fluorescencia, imágenes de campo oscuro o de contraste de fase, "dijo Xiao.

El prisma z-splitter divide la luz detectada para producir simultáneamente varias imágenes en un solo marco de cámara. Cada imagen se enfoca a una profundidad diferente en la muestra. El uso de una cámara de alta velocidad con un área de sensor grande y un alto número de píxeles permitió a los investigadores distribuir múltiples imágenes de alta resolución en el mismo sensor sin superposición.

Las imágenes multifocales adquiridas con la nueva técnica permiten estimar el fondo desenfocado de la muestra con mucha más precisión que con una sola imagen. Los investigadores utilizaron esta información para desarrollar un algoritmo de desvanecimiento 3-D mejorado que elimina la luz de fondo desenfocada que a menudo es un problema cuando se usa microscopía de campo amplio.

"Nuestro algoritmo de eliminación de borrosidad 3-D de volumen extendido suprime el fondo muy desenfocado de fuentes más allá del volumen de imágenes, ", dijo Xiao." Esto mejora tanto el contraste de la imagen como la relación señal / ruido, lo que lo hace particularmente beneficioso en aplicaciones de imágenes de fluorescencia que involucran muestras gruesas ".

Versatilidad demostrada

Los investigadores demostraron la nueva técnica con modalidades de microscopía de uso común, incluida la fluorescencia, Imágenes de campo oscuro y contraste de fase. Capturaron imágenes tridimensionales de gran campo de visión que abarcan cientos de neuronas u organismos enteros que se mueven libremente, así como imágenes tridimensionales de alta velocidad de los cilios de un rotífero. que laten cada centésima de segundo. Esto mostró cómo el enfoque proporciona la flexibilidad para priorizar un gran campo de visión o alta velocidad.

Para demostrar las capacidades del algoritmo de desvanecimiento 3D de volumen extendido, los investigadores tomaron imágenes de varias muestras gruesas, incluido el cerebro de un ratón vivo. Observaron mejoras significativas en la relación de contraste y señal / ruido en comparación con las imágenes de enfoque múltiple sin procesar y los algoritmos de desvanecimiento 3-D más tradicionales. Los investigadores ahora están trabajando para expandir la técnica para que funcione con aún más modalidades de imágenes.