ในวารสารOptics Letters ของวารสาร Optical Society (OSA) นักวิจัยที่นำโดย Shih-Chi Chen จากมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกงอธิบายว่าพวกเขารวมวิธีการสร้างภาพด้วยคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่าภาพอัดด้วยวิธีการสแกนที่เร็วขึ้นได้อย่างไร พวกเขาใช้วิธีการใหม่เพื่อให้ได้ภาพละอองเรณูด้วยกล้องจุลทรรศน์สองโฟตอนในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที การดำเนินการนี้จะใช้เวลานานกว่าการใช้วิธีการแบบเดิมถึงห้าเท่า

Chenyang Wen ผู้เขียนคนแรกของรายงานกล่าวว่า "วิธีการตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอนแบบบีบอัดแบบใหม่นี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการแสดงภาพเครือข่ายประสาทเทียมหรือการตรวจสอบกิจกรรมจากเซลล์ประสาทหลายร้อยตัวพร้อมกัน" "โดยปกติแล้ว เซลล์ประสาทจะส่งสัญญาณในระดับเวลา 10 มิลลิวินาที ซึ่งระบบทั่วไปจะช้าเกินไปที่จะติดตาม"

การสแกนที่รวดเร็วยิ่งขึ้นด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอนทำงานโดยส่งพัลส์แสงเลเซอร์อินฟราเรดที่เร็วมากไปยังตัวอย่างที่โต้ตอบกับเนื้อเยื่อหรือฉลากเรืองแสงที่ส่งสัญญาณที่ใช้ในการสร้างภาพ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวิจัยทางชีววิทยาเนื่องจากความสามารถในการสร้างภาพ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงถึงระดับความลึกหนึ่งมิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม ข้อดีเหล่านี้มาพร้อมกับความเร็วในการถ่ายภาพที่จำกัด เนื่องจากสภาพแสงน้อยต้องการตัวตรวจจับจุดที่ต้องมีการได้มาซึ่งภาพแบบจุดต่อจุดและการสร้างใหม่

เพื่อเพิ่มความเร็วในการถ่ายภาพ นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการส่องสว่างด้วยเลเซอร์แบบหลายโฟกัสซึ่งใช้อุปกรณ์ไมโครมิเรอร์ดิจิตอล (DMD) ซึ่งเป็นเครื่องสแกนแสงราคาประหยัดชนิดหนึ่งที่มักใช้ในโปรเจ็กเตอร์ "คิดว่า DMD เหล่านี้ไม่สามารถทำงานกับเลเซอร์ที่เร็วมาก" เฉินกล่าว "อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ เราได้แก้ไขปัญหานี้ ซึ่งได้เปิดใช้งานแอปพลิเคชันของ DMD ในแอปพลิเคชันเลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษ ซึ่งรวมถึงการสร้างลำแสง การสร้างรูปร่างของพัลส์ การสแกนอย่างรวดเร็ว และการสร้างภาพสองโฟตอน"

DMD สร้างแสงเลเซอร์โฟกัสห้าถึง 30 จุดบนตำแหน่งที่เลือกแบบสุ่มภายในชิ้นงานทดสอบ ตำแหน่งและความเข้มของแสงแต่ละจุดจะถูกควบคุมโดยโฮโลแกรมไบนารีที่ฉายลงบนอุปกรณ์ ในระหว่างการตรวจวัดแต่ละครั้ง DMD จะรีเฟรชโฮโลแกรมเพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของแต่ละโฟกัสและบันทึกความเข้มของการเรืองแสงสองโฟตอนด้วยเครื่องตรวจจับแบบพิกเซลเดียว แม้ว่าการสแกนหลายโฟกัสของ DMD จะมีความยืดหยุ่นและเร็วกว่าการสแกนแรสเตอร์แบบเดิมในหลาย ๆ ด้าน แต่ความเร็วก็ยังถูกจำกัดด้วยอัตราที่อุปกรณ์สามารถสร้างรูปแบบแสงได้

การรวมวิธีการทำให้การถ่ายภาพเร็วขึ้น ในงานใหม่นี้ นักวิจัยเพิ่มความเร็วในการถ่ายภาพด้วยการรวมการสแกนแบบหลายโฟกัสเข้ากับการตรวจจับแบบบีบอัด วิธีการคำนวณนี้ช่วยให้สามารถสร้างภาพขึ้นใหม่โดยเปิดรับแสงน้อยลง เนื่องจากดำเนินการสุ่มตัวอย่างและบีบอัดภาพในขั้นตอนเดียว จากนั้นใช้อัลกอริทึมเพื่อกรอกข้อมูลที่ขาดหายไป สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอน จะช่วยให้สามารถสร้างชิ้นงานขึ้นใหม่ได้โดยใช้การเปิดรับแสงน้อยกว่าวิธีดั้งเดิม 70 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์

หลังจากทำการทดลองจำลองเพื่อสาธิตประสิทธิภาพของวิธีการใหม่และเพื่อระบุพารามิเตอร์ที่เหมาะสม นักวิจัยได้ทดสอบด้วยการทดลองการถ่ายภาพด้วยโฟตอน การทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของเทคนิคในการสร้างภาพ 3 มิติคุณภาพสูงด้วยความเร็วในการถ่ายภาพสูงจากทุกมุมมอง ตัวอย่างเช่น พวกเขาสามารถรับภาพจากห้าชั้นในเม็ดละอองเรณู โดยแต่ละชั้นมีขนาด 100 × 100 พิกเซล ในเวลาเพียง 0.55 วินาที ภาพเดียวกันที่ได้รับจากการสแกนแบบแรสเตอร์ใช้เวลา 2.2 วินาที

"เราได้รับการปรับปรุงความเร็วในการถ่ายภาพ 3 ถึง 5 เท่าโดยไม่สูญเสียความละเอียดเมื่อถ่ายภาพบริเวณที่เลือกโดยพลการในชิ้นงาน 3 มิติ" เหวินกล่าว "เราเชื่อว่าวิธีการใหม่ที่ใช้เซ็นเซอร์รับแรงกดจะเป็นประโยชน์ในการใช้กับวิธีการต่างๆ เช่น ออพโตเจเนติกส์ ซึ่งแสงถูกใช้เพื่อควบคุมเซลล์ประสาท และจะนำไปสู่การค้นพบใหม่ในด้านชีววิทยาและการแพทย์"

นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงความเร็วของอัลกอริธึมการสร้างใหม่และคุณภาพของภาพ พวกเขายังวางแผนที่จะใช้แพลตฟอร์ม DMD กับเทคนิคการถ่ายภาพขั้นสูงอื่นๆ เช่น การแก้ไขหน้าคลื่น ซึ่งช่วยให้สามารถถ่ายภาพเนื้อเยื่อลึกได้บาคาร่า สมัครบาคาร่า