Международная команда физиков нашла новый способ улучшить качество изображений, полученных при помощи флуоресцентной микроскопии. Метод основан на принципах адаптивной оптики и позволяет автоматически корректировать ошибки в оптических системах. Корректировка основана на оценке качества индивидуальных пикселей, а не изображения в целом. Благодаря этому не нужно заново калибровать микроскоп для каждого образца, и процедура микроскопии существенно ускоряется. Результаты опубликованы в журнале PLOS ONE.

Флуоресцентная микроскопия позволяет получить увеличенное изображение объекта с помощью света, который испускают возбужденные атомы и молекулы образца. Несмотря на низкое разрешение, флуоресцентная микроскопия способна визуализировать внутреннюю структуру живых клеток и даже небольших организмов. Поэтому этот метод очень популярен в биологии и медицине. Однако разные показатели преломления внутри образца приводят к искажениям или аберрациям в изображении. Ученые и инженеры постоянно ищут способы исправить эти аберрации и улучшить качество изображений.

Для этих целей можно использовать так называемые элементы адаптивной оптики. Они позволяют автоматически корректировать оптические аберрации в каждом образце. Для флуоресцентной микроскопии из-за малого количества света лучше всего подходят методы, лишенные сенсоров. Они оценивают качество изображения, основываясь не на регистрации первичного светового сигнала, а на подсчете определенной метрики качества изображения.

«Ранее мы описали метрику, которая позволяет быстро и надежно оценить волновой фронт объекта и выявить аберрации, — отмечает Олег Соловьев, профессор Делфтского технического университета и Университета ИТМО. — Она основана на втором пике люминесценции и хорошо подходит для флуоресцентной микроскопии, потому что позволяет сократить количество необходимых измерении и избежать засветки».

Эти результаты легли в основу нового метода компьютерной оценки качества изображения. Главная проблема заключалась в том, что для каждого образца систему нужно было калибровать заново. Ученые попытались упростить изначальный метод и создать микроскоп, который бы оценивал качество изображения, основываясь на форме отдельных точек или пикселей. Такая оценка не зависит от самого образца, поэтому микроскоп не нужно постоянно калибровать. Он сам может адаптироваться к любому объекту.

В дальнейшем ученые хотят усовершенствовать разработанный метод так, чтобы к разным дефектам в изображении образца применялась индивидуальная коррекция. «Мы создали систему, которая улучшает общее качество изображения, но проблема в том, что мы применяем по всему полю зрения одну и ту же коррекцию, — отмечает ведущий автор статьи Паоло Поззи из Делфтского технологического университета. — Чтобы добиться лучшего разрешения и детализации, нам нужно научить систему исправлять индивидуальные дефекты на каждом отдельном участке».