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為提升各種場景下熒光成像性能，北京大學席鵬團隊和深圳大學屈軍樂團隊合作，另辟蹊徑，通過計算機視覺與熒光顯微的融合，提出了一種暗通道光學層切算法，僅用單幀圖像即可高效去除圖像的離焦背景，使顯微成像性能得到大幅提升，為深部生物組織研究、病理診斷及深層活體動態(tài)觀測開辟全新可能。相關(guān)成果日前發(fā)表在《自然·方法》上。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

席鵬告訴記者，現(xiàn)代顯微成像技術(shù)之基石，在于克服樣品中熒光散射的技術(shù)突破，如多光子成像技術(shù)、光片顯微技術(shù)、組織透明化等。然而，基于光學的層切技術(shù)常常會帶來系統(tǒng)成本、時間分辨率與光毒性的提升，基于生物的層切技術(shù)又會導(dǎo)致樣品處理復(fù)雜性的提高。此外，即使是最先進的光學成像技術(shù)，在面對深層樣本的成像中，依然會由于深層散射而產(chǎn)生離焦背景，影響對精細生物結(jié)構(gòu)的精準觀察。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

暗通道新技術(shù)的提出，受到了自然圖像去霧啟發(fā)。研究團隊發(fā)現(xiàn)，熒光圖像中的離焦背景與自然圖像的霧霾呈現(xiàn)出分布相似性。基于此，研究團隊開發(fā)了適用熒光圖像的背景去除技術(shù)——暗通道光學層切。該技術(shù)通過高低頻分離以保留圖像的弱小信號，僅將低頻部分進行去背景處理，并通過迭代濾除進行單次或多次的背景去除以適用不同場景。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

通過聯(lián)合交叉驗證，研究團隊證明，這一新技術(shù)能基于寬場圖像達到共聚焦、光層切、雙光子成像效果，并能在深層組織成像時進一步提升光學層切能力。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

研究團隊進一步展現(xiàn)了這項新技術(shù)在不同顯微成像中的應(yīng)用。在高通量光片成像中，它能顯著提升小鼠全腦成像質(zhì)量。在活體小動物成像當中，該技術(shù)能通過降低散射背景，提升小鼠身體組織的血管成像清晰度。在深層神經(jīng)元成像中，它能顯著提升基于深度學習的神經(jīng)元分割提取度，原先難以分辨的神經(jīng)元得以顯現(xiàn)?！翱梢哉f，這一新技術(shù)不僅能高效去除離焦背景，還可將熒光圖像變得更清晰。比如在病理研究中，它能獲得全組織的清晰三維病理信息，協(xié)助醫(yī)生進行綜合且全面的病理診斷，獲得更為精確的細胞核計數(shù)?！毕i說。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

此外，研究團隊還驚喜發(fā)現(xiàn)，暗通道新技術(shù)可廣泛應(yīng)用于提升不同光學顯微技術(shù)的硬件成像效果與重建算法效果。席鵬告訴記者：“它不僅適用于寬場成像、光片成像等硬件模態(tài)，進一步提升光學層切與偏振解析能力，更適用于熒光漲落成像、二維或三維結(jié)構(gòu)光照明成像等，可顯著降低成像偽影，并進一步提升多種熒光圖像增強算法的分辨率?！?span style="display:none">bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

文章審稿人對這一成果給予了高度評價：“作者基于多種顯微成像數(shù)據(jù)對所提方法進行了全面驗證，其突出優(yōu)勢在于顯著提升了圖像分割的精度與保真度?！?span style="display:none">bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com

席鵬告訴記者，通過計算機視覺與熒光顯微成像的組合創(chuàng)新，暗通道新技術(shù)無需額外的成像成本，極大提升了各類熒光成像模態(tài)的層切性能。未來，這一技術(shù)有望集成于各類顯微技術(shù)，在不增加成本前提下提升顯微系統(tǒng)成像性能。bgj即熱新聞——關(guān)注每天科技社會生活新變化gihot.com