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从无门控且存在扫描像差的激光扫描显微镜图像中重建跳动心脏的图像序列

DOI：10.1109/tci.2019.2948772 期刊：IEEE Transactions on Computational Imaging 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 荧光激光扫描显微镜是生物学中一项成熟的成像技术，许多成像机构都配备该设备用于研究斑马鱼等活体动物胚胎的内部结构。但激光扫描显微镜（LSM）在研究动态心脏形态或功能时存在局限——尽管能解析静态心脏结构，跳动心脏的快速运动会在扫描图像中产生严重伪影，且传统显微镜难以实现基于心跳周期的采集门控。此外，虽然存在替代的高速成像仪器，但由于成本或硬件复杂性等问题并未普及，使得动态心血管成像对多数研究者仍不可及。本文提出一种可在常规LSM上实现心脏跳动成像的方法：通过采集一组包含扫描像差的心脏周期任意时刻触发图像，经以下步骤构建覆盖单次心跳周期的图像序列：(i) 通过求解旅行商问题进行帧排序；(ii) 心跳时长估算；(iii) 通过时空重采样实现扫描延迟补偿。我们在不同光照强度和扫描速度的合成数据上验证了方法性能，并进一步展示该方法在活体斑马鱼幼体实验图像中的适用性，重建质量可媲美先进高速显微镜。该技术使研究者无需前瞻性门控或高速显微镜，即可利用常规LSM开展心脏动力学研究。
作者： Olivia Mariani，Alexander Ernst，Nadia Mercader，Michael Liebling
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发一种计算方法，从存在扫描像差的激光扫描显微镜图像中重建跳动心脏的图像序列，从而利用常规激光扫描显微镜实现动态心脏成像，无需高速显微镜或前瞻性门控技术。

研究成果

该方法能有效从存在扫描像差的激光扫描显微镜图像中重建跳动心脏的图像序列，其质量接近先进快速显微镜的水平。它使常规激光扫描显微镜也能实现心脏动态成像，让这类研究无需专业高速成像设备即可开展。

研究不足

该方法假设心脏运动在空间和时间上均具有周期性，因此不适用于研究严重心律失?；蚱苹敌奶媛尚缘囊话闳哦?。重建质量受噪声水平和所采集帧数的影响。

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