EventLFM

高速體積成像是研究動態生物過程不可或缺的工具。傳統的基于掃描的3D成像技術，如共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡和光片顯微鏡，具有很高的空間分辨率。

然而，它們的數據采集速度受到光束掃描需要的限制，在時間分辨率和空間帶寬乘積(SBP)之間存在固有的權衡問題，空間帶寬乘積是以三維視場(FOV)與空間分辨率之比來衡量的。

通過在傅立葉域記錄光場信息，傅立葉光場顯微鏡(LFM)可在整個恢復體積內實現穩定的高空間分辨率。然而，傳統 CMOS 相機的同步讀出限制構成了一個瓶頸，將現有的單鏡頭三維寬視場技術限制在全幀分辨率 100 Hz 以下。

這種限制阻礙了它們在捕捉可能超過千赫茲(kHz)的超快動態生物過程(如哺乳動物大腦中的電壓信號、血流動態和肌肉組織收縮)中的應用，從而留下了有待彌補的巨大技術差距。

發表在《光：科學與應用》(Light：Science & Applications)上的一篇新論文中，波士頓大學電子與計算機工程系Lei Tian教授領導的團隊及其合作者開發出了一種新穎的超快單次三維成像技術——EventLFM，該技術將事件相機集成到傅立葉低頻成像系統中，以千赫速度促進容積成像。

研究小組展示了 EventLFM 在 1 kHz 時間分辨率下重建快速移動三維物體復雜動態的能力。通過受控照明實驗，他們展示了該技術對脈沖寬度短至 1 毫秒的高頻三維閃爍物體進行成像的能力。

此外，該技術還能有效捕捉散射組織內的快速動態信號，通過對小鼠大腦切片中的神經元活動進行成像，模擬了一系列 DMD 模式，以千赫速率誘導出獨特的時空足跡。

該團隊還成功地在三維空間內對自由移動的秀麗隱桿線蟲體內表達GFP的神經元進行了成像和跟蹤，幀頻達到500赫茲。深度學習重建網絡與 EventLFM 的整合大大提高了成像質量，增強了三維分辨率。

這項報告工作為研究人員提供了一種以千赫速度觀察三維動態生物過程的新工具。

研究人員說：“我們設計的 EventLFM 將事件相機與傅立葉 LFM 系統集成在一起，從而能夠以千赫速度對復雜、快速的生物過程進行成像，并具有較高的三維分辨率。”

他們補充說：“應該指出的是，我們的實驗結果所顯示的千赫茲幀速率是由累積時間決定的，而累積時間可在后處理步驟中調整，不會影響數據捕獲速度。通過進一步縮短累積時間，我們可以增強系統捕捉超過千赫茲速率的動態過程的能力。”

科學家們預測：“我們重點介紹了 EventLFM 對散射小鼠腦組織中閃爍神經元信號的成像能力，以及對自由移動的秀麗隱桿線蟲中 GFP 標記神經元的追蹤能力。鑒于其簡單性、超快三維成像能力以及在散射環境中的穩健性，EventLFM 有潛力成為各種生物醫學應用中可視化復雜、動態三維生物現象的寶貴工具。”

審核編輯 黃宇