最近，位于加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆爾工程學(xué)院的研究人員利用3D打印技術(shù)來提高智能手機(jī)相機(jī)的潛力。他們的3D打印設(shè)備可以在使用智能手機(jī)拍攝鏡頭時(shí)捕捉顯微圖像。這些圖像然后通過深度學(xué)習(xí)人工智能系統(tǒng)，增加智能手機(jī)圖像的分辨率和顏色細(xì)節(jié)，以至于它們可以達(dá)到接近實(shí)驗(yàn)室級(jí)顯微鏡的圖像質(zhì)量。這一突破對(duì)于在資源和設(shè)備有限的地區(qū)進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷可能是非常寶貴的。

     加州大學(xué)洛杉磯分校探索使用3D打印技術(shù)為智能手機(jī)相機(jī)提供強(qiáng)大的感應(yīng)和成像功能，以適用于不同類型醫(yī)療應(yīng)用的可能性。這一次，研究團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)影像軟件，以使智能手機(jī)相機(jī)拍攝的圖片達(dá)到實(shí)驗(yàn)室級(jí)顯微鏡照片的質(zhì)量。由于普通智能手機(jī)相機(jī)的設(shè)計(jì)是為了拍攝人物和風(fēng)景等通?？梢姷恼掌?，因此首先需要在物理上增強(qiáng)其分辨率。

   這是3D打印派上用場(chǎng)的地方。3D團(tuán)隊(duì)不需要在高端便攜式顯微鏡設(shè)備上花費(fèi)大量資金，而是為智能手機(jī)打印了顯微鏡附件。這種技術(shù)意味著每個(gè)設(shè)備的成本都低于100美元。這些顯微鏡設(shè)備放置在智能手機(jī)攝像頭鏡頭上時(shí)，能夠極大地提高圖像傳感器捕獲的細(xì)節(jié)的可視性和分辨率。從最初的相機(jī)分辨率來看，它們被增強(qiáng)到約百萬分之一米的尺度。

   一旦捕捉到這些改進(jìn)的圖像，在科學(xué)應(yīng)用之前還需要一段時(shí)間的研究。該附件可以補(bǔ)償基本相機(jī)鏡頭和圖像傳感器的低分辨率，但需要更先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)才能正確再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室分析所需的分辨率和色彩細(xì)節(jié)。

“使用深度學(xué)習(xí)，我們著手彌補(bǔ)廉價(jià)的基于移動(dòng)電話的顯微鏡和使用高端鏡頭的金標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)式顯微鏡之間的圖像質(zhì)量差距，”校長兼電氣、計(jì)算機(jī)工程、生物工程教授Aydogan Ozcan說道。 “我們相信我們的方法廣泛適用于其他低成本顯微系統(tǒng)，例如使用便宜的鏡頭或相機(jī)，并且可以幫助用高性價(jià)比的移動(dòng)替代品替代高端臺(tái)式顯微鏡?！?/p>

  該團(tuán)隊(duì)在肺組織樣本上測(cè)試了他們的系統(tǒng)，以及血液和巴氏涂片。每張標(biāo)本都拍攝了一張高端顯微圖像，以及使用顯微鏡增強(qiáng)的智能手機(jī)相機(jī)拍攝的圖像。這些對(duì)應(yīng)的圖像被輸入到一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中，該系統(tǒng)使用專門設(shè)計(jì)的深度學(xué)習(xí)代碼，以便快速準(zhǔn)確地了解如何提高低質(zhì)量圖像的分辨率。

  該項(xiàng)目的成功指明了將這種技術(shù)用于醫(yī)療診斷和其他醫(yī)療保健應(yīng)用的前景，提高了便攜性以及高級(jí)顯微鏡的可用性。Ozcan與UCLA博士后學(xué)者Yair Rivenson一起領(lǐng)導(dǎo)了這個(gè)項(xiàng)目。基于Ozcan小組以前的研究基礎(chǔ)，該研究小組利用深度學(xué)習(xí)重建全息圖并改進(jìn)顯微鏡技術(shù)。項(xiàng)目的最新研究結(jié)果已于最近發(fā)表在ACS Photonics（美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志）上。