一种新型显微镜可实现高通量3D自适应光学成像
英文文献中的<dislocation ensemble>是什么意思？
使用压缩时间反转矩阵实现实时无像差动态散斑显微镜
概述：
显微镜是生物医学研究中的重要工具，因为它可以对组织进行详细观察和成像。由于生物材料本质上是不透明的，因此当光穿过组织时会发生严重的光散射，从而导致高水平的背景噪声和复杂的光学像差。因此，典型的光学显微镜主要是让我们看到组织的表面，而对于许多显微镜来说，多个细胞层深的细节是遥不可及的。这使得拍摄组织深处的微结构的高分辨率光学图像极具挑战性。
显微镜是生物医学研究中的重要工具，因为它可以对组织进行详细观察和成像。由于生物材料本质上是不透明的，因此当光穿过组织时会发生严重的光散射，从而导致高水平的背景噪声和复杂的光学像差。因此，典型的光学显微镜主要是让我们看到组织的表面，而对于许多显微镜来说，多个细胞层深的细节是遥不可及的。这使得拍摄组织深处的微结构的高分辨率光学图像极具挑战性。
大约一年前，由基础科学研究所（IBS）分子光谱与动力学中心（CMSD）的CHOI Wonshik教授领导的一个研究小组展示了一种称为“反射矩阵显微镜”的成像技术，它结合了硬件和计算高级自适应光学。与传统成像相比，它测量反射矩阵，其中包含有关成像系统输入和输出场之间关系的所有可访问信息，包括感兴趣的对象。然后可以通过后数字图像处理从测量的矩阵中提取对象的清晰未失真图像。
因此，该技术成为生物组织深处无标记无创高分辨率光学成像的合适候选者。矩阵成像肯定优于大多数传统的 AO。例如，研究人员证明，这项技术足够强大，可以“看穿”完整的小鼠头骨，并可以对下面的神经元进行准确成像。
尽管具有惊人的性能，但反射矩阵显微镜并非没有缺点。测量整个反射矩阵既费时又容易受到外部扰动的影响，因为需要测量所有可访问输入照明场的大量干涉图像。虽然更稀疏的采样可以加快该过程，但采样不足会导致纠正失真的能力有限。因此，这意味着活体样本的实时体积成像是不可能的，这导致其在生物动力学研究中的应用受到实际限制。
在《光：科学与应用》杂志上发表的最新研究中，同一 IBS 小组最近公布了他们以前的 AO 显微镜技术的新改进版本。这种新的实时体积 AO 成像系统能够在高度像差的样本中在宽深度范围内进行 3D 成像，同时最大限度地减少图像退化。
为了加快数据采集速度，Choi 的团队在矩阵成像的背景下使用了一种压缩传感技术。他们只是在之前部署的反射矩阵显微镜中引入了一个旋转光学漫射器，以依次照亮样品上的未知散斑图案。然后，他们通过拍摄比以前需要的散斑图像数量少得多的散斑图像来获得压缩反射矩阵，这将矩阵获取时间减少了近 100 倍。
在图像后处理中，他们采用压缩的“时间反转矩阵”和独特的算法来分别识别样本信息和像差。这种技术的优点是它不仅大大减少了矩阵采集时间，而且还消除了仔细校准或特定选择要使用的照明模式的需要。
压缩时间反转矩阵成像允许几乎实时的体积 AO 成像。新显微镜的能力通过小鼠大脑中髓鞘神经纤维的无畸变 3D 成像得到证明。对于 128 × 128 × 125 μm3 组织的体积成像，数据采集时间仅为 3.58 秒，衍射极限横向分辨率为 0.45 μm，轴向分辨率为 2 μm。
有望为矩阵成像在包括生物医学成像在内的所有波浪工程领域的实际应用开辟一条新途径。Choi 副主任说：“更快的反射矩阵成像技术有望在未来实现实时、无损的 3D 光学诊断，这将导致更快的诊断和神经科学研究的进步。我们将进一步开发它以扩大其范围应用于所有波浪工程学科，包括生物医学成像。”