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(wú)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(jì)算機(jī)工程副教授，該研究的通訊作者馬克·福斯特說(shuō)：“通常，你要么犧牲尺寸要么犧牲圖像質(zhì)量?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)能夠通過(guò)我們的微型內(nèi)窺鏡實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)。”

為了檢查小鼠等動(dòng)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(wú)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(dòng)時(shí)會(huì)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(wú)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(guò)使用編碼孔徑或平坦的網(wǎng)格來(lái)實(shí)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(lèi)似于隨機(jī)戳一塊鋁箔并使光穿過(guò)所有小孔。這會(huì)產(chǎn)生混亂的圖像，但是會(huì)提供大量有關(guān)光起源的信息，并且可以通過(guò)計(jì)算將信息重構(gòu)為更清晰的圖像。在實(shí)驗(yàn)中，福斯特(Foster)的團(tuán)隊(duì)觀察了載玻片上不同圖案的珠子。

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

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

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

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