Os pesquisadores desenvolveram um método simples para adquirir imagens simultaneamente em diferentes profundidades com um microscópio padrão. A nova técnica pode ser aplicada a uma variedade de métodos de microscopia, tornando-o útil para uma ampla gama de aplicações de imagens biológicas e biomédicas.

"A microscopia óptica tem sido uma ferramenta indispensável para estudar sistemas e processos biológicos complexos em 3-D, "disse Sheng Xiao, membro da equipe de pesquisa da Boston University. "Nossa nova técnica multifoco permite que células e organismos vivos sejam observados em altas velocidades e com alto contraste."

No Optica , O jornal da The Optical Society (OSA) para pesquisas de alto impacto, pesquisadores liderados por Jerome Mertz descrevem sua nova maneira simples e rápida de adquirir informações de diferentes profundidades com microscopia padrão. A nova abordagem pode ser simplesmente adicionada à maioria dos sistemas existentes e é fácil de replicar, tornando-o acessível a outros pesquisadores.

Captura de imagens multifocais

Os sistemas de microscopia padrão baseados em câmera adquirem imagens nítidas em um único plano focal. Embora os pesquisadores tenham tentado várias estratégias para adquirir imagens simultaneamente com diferentes profundidades focais, essas abordagens normalmente requerem várias câmeras ou usam um elemento óptico difrativo especializado para realizar a divisão da imagem com uma única câmera. Ambas as estratégias são complexas, e um elemento óptico difrativo pode ser difícil de fabricar.

"Usamos um prisma divisor Z que pode ser montado inteiramente a partir de componentes prontos para uso e é facilmente aplicado a uma variedade de modalidades de imagem, como fluorescência, imagem de contraste de fase ou campo escuro, "disse Xiao.

O prisma divisor z divide a luz detectada para produzir simultaneamente várias imagens em um único quadro de câmera. Cada imagem é focada em uma profundidade diferente na amostra. O uso de uma câmera de alta velocidade com uma grande área de sensor e alta contagem de pixels permitiu aos pesquisadores distribuir várias imagens de alta resolução no mesmo sensor sem qualquer sobreposição.

As imagens multifocais adquiridas com a nova técnica tornam possível estimar o fundo fora de foco da amostra com muito mais precisão do que pode ser feito com uma única imagem. Os pesquisadores usaram essas informações para desenvolver um algoritmo aprimorado de deblurring 3-D que elimina a luz de fundo fora de foco, que costuma ser um problema quando se usa microscopia de campo amplo.

"Nosso algoritmo de desfoque 3-D de volume estendido suprime o fundo fora de foco de fontes além do volume de imagem, "disse Xiao." Isso melhora o contraste da imagem e a relação sinal-ruído, tornando-o particularmente benéfico em aplicações de imagem de fluorescência envolvendo amostras espessas. "

Versatilidade demonstrada

Os pesquisadores demonstraram a nova técnica com modalidades de microscopia comumente usadas, incluindo fluorescência, imagem de contraste de fase e campo escuro. Eles capturaram imagens 3D de grande campo de visão abrangendo centenas de neurônios ou organismos inteiros em movimento livre, bem como imagens 3D de alta velocidade de cílios de rotíferos, que bateu a cada centésimo de segundo. Isso mostrou como a abordagem fornece a flexibilidade para priorizar um grande campo de visão ou alta velocidade.

Para demonstrar os recursos do algoritmo de desfibramento 3D de volume estendido, os pesquisadores fotografaram várias amostras espessas, incluindo o cérebro de um rato vivo. Eles observaram melhorias significativas na relação sinal-ruído e contraste em comparação com as imagens multifocais brutas e algoritmos de desfoque 3-D mais tradicionais. Os pesquisadores agora trabalham na ampliação da técnica para que funcione com ainda mais modalidades de imagem.