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由於神經活動一般在十毫秒量級的時間內完成，傳統的顯微鏡難以直接觀察這些現象。與常規顯微鏡比較，雙光子顯微鏡利用匯聚的紅外超快脈衝鐳射在樣品中，與螢光標貼互動以製成圖像，並已經廣泛應用於生物學研究中。雙光子顯微鏡能夠在深達1毫米的活體組織中進行高解析度三維成像，並同時觀察幾百個神經元的活動。然而，由於螢光訊號十分微弱，使雙光子顯微鏡的成像速度受到限制。
為了提升掃描速度，本項目開發了基於數字微鏡器件的多焦點鐳射掃描方法，方法能夠在1秒內即可完成對三維樣品的雙光子螢光成像，速度是傳統點掃描方法的3至5倍，並保持同等的解析度。研究解決了數位微鏡器件無法調製超快鐳射的問題，使之能被集成及應用於超光鐳射光束整形、脈衝整形，以及雙光子成像中。 為進一步提升成像速度，我們通過結合壓縮感知演算法與數碼全息顯微鏡。這種方法將圖像測量和壓縮「同步進行」，在較少的測量次數下即可完成圖像採集，隨後使用算法從測量結果中重建圖像。這種方法用於雙光子顯微鏡時，可以將測量次數減70%至90%。 模擬實驗證明了該技術能夠實現高速及高品質的三維成像，例如此方法只需0.55秒對花粉進行三維成像，相比之下傳統的逐點掃描相同圖像則只需2.2秒。
參考：
C. Wen, M. Ren, F. Feng, W. Chen, and S. Chen, “Compressive Sensing for Fast 3-D and Random-access Two-photon Microscopy,” Optics Letters, 44(17): 4343-46, 2019.
