Mikroskop Canggih Dikembangkan Periset AS

OBATDIGITAL – Mikroskop adalah alat penting dalam penelitian biomedis karena memungkinkan untuk pengamatan rinci dan pencitraan jaringan.

Karena bahan biologis bersifat buram, hamburan cahaya yang parah terjadi saat cahaya bergerak melalui jaringan, yang menyebabkan tingkat kebisingan latar belakang yang tinggi dan aberasi optik yang kompleks.

Oleh karena itu, mikroskop cahaya khas sebagian besar memungkinkan kita untuk melihat permukaan jaringan, dan detail yang terdiri dari beberapa lapisan sel tidak terjangkau oleh banyak mikroskop.

Ini membuat pengambilan gambar optik resolusi tinggi dari struktur mikro jauh di dalam jaringan menjadi sangat menantang.

Satu tahun yang lalu, sebuah kelompok penelitian yang dipimpin oleh Prof. CHOI Wonshik dari Pusat Spektroskopi dan Dinamika Molekuler (CMSD) di dalam Institut Sains Dasar (IBS), Amerika Serikat, memamerkan teknik pencitraan yang disebut “mikroskop matriks refleksi,” yang menggabungkan kekuatan keduanya: perangkat keras dan optik adaptif canggih komputasi.

Berbeda dengan pencitraan konvensional, alat baru ini mengukur matriks refleksi yang berisi semua informasi yang dapat diakses tentang hubungan antara bidang input dan output dari sistem pencitraan, termasuk objek yang diinginkan.

Gambar objek yang tidak terdistorsi yang jelas kemudian dapat diekstraksi dari matriks yang diukur dengan pemrosesan gambar pasca-digital. Dengan demikian, teknologi muncul sebagai kandidat yang tepat untuk pencitraan optik resolusi tinggi non-invasif tanpa label jauh di dalam jaringan biologis.

Pencitraan matriks tentu saja mengungguli sebagian besar AO konvensional. Sebagai contoh, para peneliti menunjukkan bahwa teknologi ini cukup kuat untuk ‘melihat menembus’ tengkorak tikus yang utuh dan memungkinkan pencitraan yang akurat dari neuron di bawahnya.

Meskipun kinerjanya luar biasa, mikroskop matriks refleksi bukannya tanpa kekurangan. Mengukur seluruh matriks refleksi memakan waktu dan rentan terhadap gangguan eksternal karena sejumlah besar gambar interferometrik untuk semua bidang iluminasi input yang dapat diakses perlu diukur.

Sementara pengambilan sampel yang lebih jarang dapat mempercepat proses, pengambilan sampel yang tidak memadai dapat menyebabkan terbatasnya kemampuan untuk memperbaiki distorsi.

Oleh karena itu, ini berarti bahwa pencitraan volumetrik real-time dari sampel hidup tidak dimungkinkan, yang menyebabkan keterbatasan praktis dalam penerapannya pada studi biodinamik.

Dalam penelitian terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Light: Science & Applications, – dilansir oleh Science Daily (14/2/2022), kelompok IBS yang sama meluncurkan versi baru dan lebih baik dari teknologi mikroskop AO mereka sebelumnya.

Sistem pencitraan AO volumetrik real-time baru ini memungkinkan pencitraan 3D pada rentang kedalaman yang luas dalam sampel yang sangat menyimpang sambil meminimalkan degradasi gambar.

Untuk mempercepat akuisisi data, tim Choi menggunakan teknik penginderaan terkompresi dalam konteks pencitraan matriks. Mereka hanya memperkenalkan diffuser optik yang berputar dalam mikroskop matriks refleksi yang sebelumnya digunakan untuk menerangi pola bintik yang tidak diketahui secara berurutan pada sampel.

Kemudian, mereka memperoleh matriks refleksi terkompresi dengan mengambil jumlah gambar spekel yang jauh lebih kecil daripada yang diperlukan sebelumnya, yang mengurangi waktu akuisisi matriks hampir 100 kali lipat.

Dalam pasca-pemrosesan gambar, mereka menggunakan “matriks pembalikan waktu” terkompresi dan algoritme unik untuk mengidentifikasi informasi sampel dan penyimpangan secara terpisah.

Keuntungan dari teknik ini adalah tidak hanya secara dramatis mengurangi waktu akuisisi matriks tetapi juga menghilangkan kebutuhan akan kalibrasi yang cermat atau pemilihan pola iluminasi tertentu yang akan digunakan.

Pencitraan matriks pembalikan waktu terkompresi memungkinkan pencitraan AO volumetrik hampir real-time. Kemampuan mikroskop baru ditunjukkan oleh pencitraan 3D bebas aberasi dari serabut saraf myelin di otak tikus.

Waktu akuisisi data hanya 3,58 detik untuk pencitraan volumetrik jaringan 128 × 128 × 125 m3, dengan resolusi lateral terbatas difraksi 0,45 m dan resolusi aksial 2 m. Diharapkan dapat membuka jalan baru untuk aplikasi praktis pencitraan matriks di semua bidang rekayasa gelombang, termasuk pencitraan biomedis.

Associate Director Choi mengatakan, teknologi pencitraan matriks refleksi yang lebih cepat diharapkan memungkinkan diagnosis optik 3D nondestruktif real-time di masa depan, yang akan mengarah pada diagnosis yang lebih cepat dan kemajuan dalam penelitian ilmu saraf.

“Kami akan mengembangkannya lebih lanjut untuk memperluas cakupannya, aplikasi di semua disiplin ilmu teknik gelombang, termasuk pencitraan biomedis,” ucap Choi.