三维深度学习通过时间聚焦显微术实现散射介质中树突棘的快速成像
图像与视频处理
2020-01-03 v1 光学
定量方法
摘要
如今，活体穿透散射组织成像的黄金标准是点扫描双光子显微镜（PSTPM）。尤其在神经科学中，PSTPM被广泛用于大脑深层组织成像。然而，由于顺序扫描，PSTPM速度较慢。另一方面，时间聚焦显微术（TFM）在时间上聚焦飞秒脉冲激光，同时保持宽场照明，因此速度快得多。然而，由于使用相机探测器，TFM受到发射光子散射的影响。结果，TFM产生的图像空间分辨率和信噪比（SNR）较差，掩埋了树突棘等小结构的荧光信号。在这项工作中，我们提出一种数据驱动的深度学习方法来改善TFM图像的分辨率和SNR。我们使用三维卷积神经网络（CNN）构建从TFM到PSTPM模态的映射，以在穿透散射介质时实现快速TFM成像并保持高分辨率。我们在小鼠视觉皮层锥体神经元树突棘的活体成像中展示了该方法。我们表明，我们训练的网络能快速输出高分辨率图像，恢复先前掩埋在TFM图像散射荧光中的生物学相关特征。结合TFM与所提出的三维卷积神经网络的活体成像比PSTPM快一到两个数量级，但保留了分析小型荧光结构所需的高分辨率和SNR。所提出的三维卷积深度网络还可能有益于提升许多对速度有要求的深层组织成像应用（如活体电压成像）的性能。
引用
@article{arxiv.2001.00520,
title = {3D Deep Learning Enables Fast Imaging of Spines through Scattering Media by Temporal Focusing Microscopy},
author = {Zhun Wei and Josiah R. Boivin and Yi Xue and Xudong Chen and Peter T. C. So and Elly Nedivi and Dushan N. Wadduwage},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.00520},
year = {2020}
}