約翰·霍普金斯大學(xué)的工程師們發(fā)明了一種新型的超微型無透鏡內(nèi)窺鏡，其尺寸只有幾根頭發(fā)絲那么大，體積更小，成像質(zhì)量更高。

他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

約翰·霍普金斯大學(xué)電氣與計算機(jī)工程副教授，該研究的通訊作者馬克·福斯特說：“通常，你要么犧牲尺寸要么犧牲圖像質(zhì)量。現(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠通過我們的微型內(nèi)窺鏡實現(xiàn)這兩個目標(biāo)。”

為了檢查小鼠等動物的大腦中發(fā)射的神經(jīng)元，理想的微型內(nèi)窺鏡應(yīng)該很小，以減少腦組織損傷，但又要強(qiáng)大到可以產(chǎn)生清晰的圖像。

當(dāng)前，標(biāo)準(zhǔn)微型內(nèi)窺鏡的直徑約為半毫米至幾毫米，并且需要更大，更具侵入性的透鏡才能獲得更好的成像。盡管存在無透鏡微內(nèi)窺鏡，但其中的光纖逐像素掃描區(qū)域經(jīng)常彎曲，并且在移動時會失去成像能力。

在他們的新研究中，F(xiàn)oster及其同事創(chuàng)造了一種無透鏡的超小型微型內(nèi)窺鏡，與傳統(tǒng)的基于透鏡的微型內(nèi)窺鏡相比，該透鏡增加了研究人員的可視范圍，并改善了圖像質(zhì)量。

研究人員通過使用編碼孔徑或平坦的網(wǎng)格來實現(xiàn)此目的，該網(wǎng)格隨機(jī)地阻擋光，以已知的圖案產(chǎn)生投影，類似于隨機(jī)戳一塊鋁箔并使光穿過所有小孔。這會產(chǎn)生混亂的圖像，但是會提供大量有關(guān)光起源的信息，并且可以通過計算將信息重構(gòu)為更清晰的圖像。在實驗中，福斯特(Foster)的團(tuán)隊觀察了載玻片上不同圖案的珠子。

“幾千年來，我們的目標(biāo)一直是使圖像盡可能清晰。現(xiàn)在，借助計算機(jī)重建，我們可以有目的地捕獲看起來很糟糕的東西，并且以反直覺地得到更清晰的圖像，” Foster說。

此外，F(xiàn)oster和團(tuán)隊的微型內(nèi)窺鏡不需要移動即可聚焦在不同深度的物體上。他們使用計算重新聚焦來確定三維空間中光線的來源。這使得內(nèi)窺鏡比傳統(tǒng)的需要移動內(nèi)窺鏡來聚焦的內(nèi)窺鏡要小得多。

展望未來，研究團(tuán)隊將使用熒光標(biāo)記程序測試其微型內(nèi)窺鏡，其中將對活動的大腦神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記和照明，以確定內(nèi)窺鏡對神經(jīng)活動成像的準(zhǔn)確性。

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