定量生物成像需要在空間和時(shí)間上都滿足Nyquist采樣要求蕾哟。然而，目前基于激光掃描和相機(jī)記錄的顯微鏡莲蜘，不適合從三維的角度觀察快速變化的生物活動(dòng)谭确。因?yàn)檫@些活動(dòng)變化之快，遠(yuǎn)超基于激光掃描和相機(jī)記錄顯微鏡的三維采集幀率票渠。
Nature methods : 生物動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)多角度投影成像
技術(shù)背景：
定量生物成像需要在空間和時(shí)間上都滿足Nyquist采樣要求问顷。然而鞠眉，目前基于激光掃描和相機(jī)記錄的顯微鏡薯鼠，不適合從三維的角度觀察快速變化的生物活動(dòng)。因?yàn)檫@些活動(dòng)變化之快械蹋，遠(yuǎn)超基于激光掃描和相機(jī)記錄顯微鏡的三維采集幀率。
當(dāng)前不足：
當(dāng)前的三維體積信息采集方式羞芍，通常是沿z軸序列記錄數(shù)十至數(shù)百個(gè)二維焦平面的數(shù)據(jù)』└辏現(xiàn)有的通過(guò)在一次柵格掃描或者一次曝光的時(shí)間內(nèi)同時(shí)記錄多個(gè)二維焦平面的方法，雖然可以提升1個(gè)數(shù)量級(jí)的三維體積信息采集幀率荷科，但是通常以犧牲橫向分辨率為代價(jià)唯咬，并且還需要特殊的裝置，成像時(shí)也只有沿光軸一個(gè)方向的投影畏浆。對(duì)于稀疏分布的簡(jiǎn)單生物樣品胆胰，一個(gè)方向投影是足夠的。但是對(duì)于復(fù)雜的生物樣品刻获，我們需要從多個(gè)方向的視角觀測(cè)樣品獲取更多的信息蜀涨，才能夠重建樣品的三維體積分布。但是多視角需要旋轉(zhuǎn)樣品或者多個(gè)采集光路蝎毡，這種方式在實(shí)際應(yīng)用中不一定有條件實(shí)現(xiàn)厚柳。
文章創(chuàng)新點(diǎn)：
美國(guó)德克薩斯大學(xué)的Bo-Jui Chang（第1作者）和Reto Fiolka（通訊作者）提出一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的掃描模塊，這套模塊可以嵌入目前的基于相機(jī)記錄的顯微鏡（需要具備光學(xué)切片成像功能沐兵，即不接收焦平面外的熒光信號(hào)）别垮。由此組成的新的顯微鏡成為一個(gè)投影成像系統(tǒng)，可以將多個(gè)不同的投影視角信息積分記錄扎谎。具體實(shí)現(xiàn)是將不同的切片（對(duì)應(yīng)不同的z軸位置）以不同的視角投影在相機(jī)上碳想，所有視角在一個(gè)相機(jī)幀內(nèi)記錄完。即一個(gè)相機(jī)幀記錄所有Z軸信息毁靶。數(shù)據(jù)量大大減少胧奔，成像速度提升百倍以上。通過(guò)同時(shí)多角度成像的方法還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維成像和粒子定位老充。
原理解析：
（1）作者所提模塊的工作原理類似于計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的錯(cuò)切變形變換（shear-warp transform）葡盗。圖1a描述在同一個(gè)體積空間有多個(gè)不同形狀的物體，頂部表示體積空間的錯(cuò)切變換啡浊，中間表示體積空間的旋轉(zhuǎn)變換觅够，底部表示體積空間投影圖。當(dāng)投影方向一致時(shí)巷嚣，錯(cuò)切變換和旋轉(zhuǎn)變換后的體積空間投影一樣（需要做一些簡(jiǎn)單的縮放操作）喘先。圖1b、c廷粒、d描述常規(guī)的z軸切片掃描獲得三維體積信息窘拯。圖1e红且、f、g描述加上掃描投影模塊后z軸方向的切片以錯(cuò)切的形式記錄在單個(gè)相機(jī)幀上涤姊。
DOI:https://doi.org/10.1038/s41592-021-01175-7
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