Les chercheurs ont développé une nouvelle technique multifocus qui utilise un prisme séparateur en z (à droite) pour diviser la lumière détectée dans un microscope standard. Cela produit simultanément plusieurs images, chacun focalisé à une profondeur différente dans l'échantillon, dans une seule image de caméra. Crédit :Sheng Xiao, Université de Boston
Les chercheurs ont développé une méthode simple pour acquérir simultanément des images à différentes profondeurs avec un microscope standard. La nouvelle technique peut être appliquée à une variété de méthodes de microscopie, ce qui le rend utile pour un large éventail d'applications d'imagerie biologique et biomédicale.
"La microscopie optique a été un outil indispensable pour étudier les systèmes et processus biologiques complexes en 3D, " dit Sheng Xiao, membre de l'équipe de recherche de l'Université de Boston. "Notre nouvelle technique multifocale permet d'observer des cellules vivantes et des organismes à grande vitesse et avec un contraste élevé."
Dans Optique , Le journal de l'Optical Society (OSA) pour la recherche à fort impact, des chercheurs dirigés par Jerome Mertz décrivent leur nouveau moyen simple et rapide d'acquérir des informations à différentes profondeurs avec la microscopie standard. La nouvelle approche peut être simplement ajoutée à la plupart des systèmes existants et est facile à reproduire, le rendre accessible à d'autres chercheurs.
Capturer des images multifocus
Les systèmes de microscopie à caméra standard acquièrent des images nettes sur un seul plan focal. Bien que les chercheurs aient essayé diverses stratégies pour acquérir simultanément des images avec différentes profondeurs focales, ces approches nécessitent généralement plusieurs caméras ou utilisent un élément optique diffractif spécialisé pour effectuer une division d'image avec une seule caméra. Les deux stratégies sont complexes, et un élément optique diffractif peut être difficile à fabriquer.
« Nous avons utilisé un prisme séparateur en z qui peut être entièrement assemblé à partir de composants standard et qui s'applique facilement à une variété de modalités d'imagerie telles que la fluorescence, imagerie en contraste de phase ou fond noir, " dit Xiao.
Le prisme z-splitter divise la lumière détectée pour produire simultanément plusieurs images dans un seul cadre de caméra. Chaque image est focalisée à une profondeur différente dans l'échantillon. L'utilisation d'une caméra haute vitesse avec une grande surface de capteur et un nombre élevé de pixels a permis aux chercheurs de distribuer plusieurs images haute résolution sur le même capteur sans aucun chevauchement.
Les images multifocales acquises avec la nouvelle technique permettent d'estimer le fond flou à partir de l'échantillon beaucoup plus précisément qu'avec une seule image. Les chercheurs ont utilisé ces informations pour développer un algorithme de suppression du flou 3-D amélioré qui élimine la lumière de fond floue qui est souvent un problème lors de l'utilisation de la microscopie à grand champ.
« Notre algorithme de suppression du flou 3D à volume étendu supprime l'arrière-plan éloigné de la mise au point des sources situées au-delà du volume d'imagerie, " a déclaré Xiao. " Cela améliore à la fois le contraste de l'image et le rapport signal/bruit, ce qui le rend particulièrement utile dans les applications d'imagerie par fluorescence impliquant des échantillons épais."
Polyvalence démontrée
Les chercheurs ont démontré la nouvelle technique avec des modalités de microscopie couramment utilisées, y compris la fluorescence, Imagerie en contraste de phase et fond noir. Ils ont capturé des images 3D à grand champ de vision englobant des centaines de neurones ou d'organismes entiers se déplaçant librement, ainsi que des images 3D à grande vitesse d'un cil de rotifère, qui battaient tous les centièmes de seconde. Cela a montré comment l'approche offre la flexibilité de donner la priorité à un grand champ de vision ou à une vitesse élevée.
Pour démontrer les capacités de l'algorithme de débrouillage 3-D à volume étendu, les chercheurs ont imagé divers échantillons épais, y compris le cerveau d'une souris vivante. Ils ont observé des améliorations significatives du contraste et du rapport signal/bruit par rapport aux images multifocus brutes et aux algorithmes de suppression du flou 3D plus traditionnels. Les chercheurs travaillent maintenant à étendre la technique afin qu'elle fonctionne avec encore plus de modalités d'imagerie.