Jeffrey Field，他是科羅拉多州立大學電氣工程方面研究的科學家且是顯微鏡成像網(wǎng)絡(luò)實驗室的主任，設(shè)計和建造了一個結(jié)合了三維和高分辨率圖像處理的熒光顯微鏡，這要比現(xiàn)有技術(shù)要快。

這項研究工作，與Randy Bartels共同合作進行的，后者是電氣和計算機工程的教授，以及前博士后研究員David Winters，這項研究已經(jīng)在美國光學學會期刊《Optica》雜志發(fā)表出版。他們命名新的顯微鏡為CHIRPT，即：基于相移的相干全息圖像重建。

成像技術(shù)的權(quán)衡

這個領(lǐng)域和其他光學科學家一同在一個需要權(quán)衡的領(lǐng)域里工作。例如：一個先進的深層組織成像技術(shù)被稱為多光子熒光顯微鏡，其采用短而明亮的激光脈沖聚焦到一點，該點的熒光強度被記錄。然后，激光移動到下一個點，然后下一個，從而建立了高分辨率的三維圖像。該技術(shù)提供了亞細胞的細節(jié)，但它是相對緩慢的，因為它在同一個時間只照亮一個微小的點。

其他技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)磁盤共聚焦顯微鏡，速度會更快，因為他們的光照能同時照亮多個點，而不僅僅是一個，從而能夠掃描一個更大的區(qū)域。但不同于多光子，這些技術(shù)需要一個攝像頭采集圖像。其結(jié)果是，從試樣上發(fā)射的熒光在相機上是模糊的，導致亞細胞觀測分辨率的損失。

但是研究人員還想獲得更多的表面細節(jié)。

打破邊界

他們的目標是卓哥克服這種技術(shù)的限制，速度，分辨率，面積的大小，試圖打破光學顯微鏡曾限制的種種邊界。

光場和Bartels的這種新顯微鏡是建立在先前發(fā)表的技術(shù)之上的，允許數(shù)字重新聚焦到熒光燈。這說明不是一點，而是利用局域光照分布在大面積上的多點。它們所使用的物理原理類似于全息照相，其中散射光被用來建立一個三維圖像。

使用一個大的照明區(qū)域，其次是后端信號處理，顯微鏡可以定義在視場內(nèi)許多點的不同的光調(diào)制模式。它建立了一個三維圖像，通過與所有這些不同的模式的信號相結(jié)合。

“我們的想法是，你在標本中有任何一點的熒光，其熒光和時間結(jié)構(gòu)將會與其它所有點產(chǎn)生區(qū)別，”Field說。“所以你可以擁有這個龐大的熒光團，只是這個單像素探測器，你就可以知道其中每一個點都是在2D領(lǐng)域。”

3D深層圖像

那么這種新技術(shù)能用來做什么呢？深部組織圖像的三個維度，相比同類技術(shù)能夠提供更好的區(qū)域深度。領(lǐng)域的深度，就像在攝影中，意味著背景圖像也隨著圖像的主體處在尖銳的焦點上。科羅拉多州立大學的研究人員可以實現(xiàn)工作速度達每秒600幀，這比其原來所建立技術(shù)要快很多倍。

用他們的新的顯微鏡，圖像也可以被后處理，以消除掩蓋其目標對象的像差。它類似采集后圖像然后再聚焦的照片。

CHIRPT顯微鏡可以允許生物醫(yī)學研究人員產(chǎn)生足夠銳利的細胞或組織的三維圖像，這能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)的熒光顯微鏡方法更大的觀測效果。它可能會實現(xiàn)多細胞活動過程實時成像，而若用傳統(tǒng)的光顯微鏡，只能在同一時間看到單一個細胞。