韓國(guó)高麗大學(xué)Choi Won-shik（基礎(chǔ)科學(xué)研究所分子光譜與動(dòng)力學(xué)中心副主任）教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種光學(xué)顯微鏡技術(shù)，可顯著減少超高速成像所需的測(cè)量次數(shù)，并成功重建高分辨率小鼠大腦中薄神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 3D 圖像。
一般來說，由于強(qiáng)散射和極其復(fù)雜的光學(xué)像差引起的噪聲，生物組織深層的高分辨率成像已被證明具有挑戰(zhàn)性。盡管最近許多研究試圖解決這些問題，但需要進(jìn)行廣泛的測(cè)量才能獲得高分辨率圖像，而且該過程也非常耗時(shí)。因此，這種方法被認(rèn)為對(duì)于 3D 成像是不切實(shí)際的，因?yàn)?3D 成像涉及到不同深度的成像。

為了確定線性介質(zhì)（例如生物組織）的光學(xué)特性，通過將介質(zhì)以不同的點(diǎn)或角度暴露在光線下來獲得電場(chǎng)測(cè)量值。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)入射光和散射光的相對(duì)位置或角度的矩陣稱為反射矩陣或透射矩陣，測(cè)量此矩陣可提供有關(guān)光與介質(zhì)之間相互作用的最多信息。分子光譜與動(dòng)力學(xué)中心將一種新算法應(yīng)用于反射矩陣，通過降低散射噪聲和校正光學(xué)像差獲得生物組織的高分辨率圖像。測(cè)量反射矩陣的過程通常相對(duì)耗時(shí)，因?yàn)楸仨毷褂脤?duì)應(yīng)于衍射極限的每個(gè)入射波來獲得多個(gè)圖像的測(cè)量值。這使得該方法對(duì)于生物動(dòng)力學(xué)和 3D 成像不太實(shí)用。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的顯微成像技術(shù)顯著提高了反射矩陣測(cè)量的速度。通過隨機(jī)模式的稀疏采樣代替點(diǎn)或平行光束照明獲得反射矩陣，并通過時(shí)間反轉(zhuǎn)矩陣校正復(fù)雜的光學(xué)像差。結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)僅使用傳統(tǒng)成像中使用的測(cè)量圖像數(shù)量的 2% 就成功地獲得了高分辨率圖像。

基于上述，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了小鼠大腦有髓軸突的超高速可視化。使用漫射器產(chǎn)生隨機(jī)散斑照明圖案，并通過移動(dòng)每個(gè)深度部分的腦組織來檢索散射圖像。雖然傳統(tǒng)的反射矩陣成像方法需要幾個(gè)小時(shí)才能測(cè)量整個(gè)體積（128×128×125 μm3）的圖像，但該團(tuán)隊(duì)的技術(shù)顯著減少了測(cè)量圖像的數(shù)量，相同體積僅需 3.58 秒。此外，所得高分辨率圖像的橫向分辨率為 0.45μm，軸向分辨率為 2μm。

Yoon Seok-chan 教授和 IBS 研究員 Lee Ho-jun 說：“使用隨機(jī)圖案照明和時(shí)間反轉(zhuǎn)矩陣，我們?cè)O(shè)法獲得了高分辨率圖像，同時(shí)顯著減少了測(cè)量次數(shù)。我們期待在超高速 3D 成像和神經(jīng)科學(xué)研究方面看到更多相關(guān)發(fā)展。”?該研究的通訊作者 Choi Won-shik 教授說：“我們計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)反射矩陣成像方法，以拓寬在醫(yī)療保健和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍?！?br/>
該團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備將顯微鏡小型化用于現(xiàn)實(shí)世界的醫(yī)療環(huán)境，并將他們的技術(shù)應(yīng)用于疾病的實(shí)時(shí)早期診斷。

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