Traditsiooniliste mikroskoopide ja 3D-pildistamiseks vajalike süsteemide ühe peamise puudusena ei saa peale pildi või hologrammi salvestamist selle kujutamisomadusi enam muuta. Nüüd töötas Tartu Ülikooli füüsika instituudi doktorant Shivasubramanian Gopinath koos kolleegidega selle kõrvaldamiseks välja uue meetodi. 

Lahendus võimaldab pildistamise hetkel jäädvustada ühe kujutise asemel erinevate fookuskaugustega hologrammide kogu. Seejärel saab neid arvutuslikult kokku sulatada, et luua sünteetiline hologramm. Piltlikult öeldes õmbleb arvuti sel juhul kokku mitu pilti. Tulemusena saadav n-ö lapitekk on terav palju suuremas ulatuses, kui muidu füüsikaliselt võimalik oleks. Taolisel hologrammil on senisega võrreldes palju suurem teravussügavus ja seda saab paremini tagantjärele töödelda. 

Uus meetod kujutab endast eelneva nutika hologrammide jäädvustamisviisi olulist  edasiarendust. Senine jäädvustusviis aitab tavavalguses objekti kolmemõõtmelist infot salvestada ja võimaldab arvutil selle hiljem ruumiliseks pildiks kokku panna (ingl Fresnel incoherent correlation holography ehk FINCH).

Töörühm nimetab uut meetodit aksiaalse lahutusvõime järelkonstrueerimiseks FINCH-is (ingl post-engineering of axial resolution in FINCH ehk PEAR-FINCH). Seda rakendades muutub 3D-holograafiline mikroskoopia rasketes oludes töökindlamaks ja keerukaid bioloogilisi struktuure on hõlpsam uurida

Mis teeb uue meetodi ainulaadseks?

Uus meetod on loojate sõnul ainulaadne mitmel põhjusel. Esiteks saab nüüd teravussügavust muuta pärast hologrammi salvestamist. Teiseks hoiab uus kaheastmeline arvutuslik rekonstrueerimismeetod kujutise teravana ega lase sellel müras kaotsi minna.

Samuti suutis töörühm tavapärase FINCH-meetodiga võrreldes saavutada viiekordse teravussügavuse. See tähendab, et teadlastel on võimalik näha korraga selgelt palju paksemat kude või suuremat osa rakust, ilma et selleks peaks mikroskoopi pidevalt üles-alla kerima. Viimaks toimib uus meetod hästi ka hajutatud valgusega, mis iseloomustab bioloogilist päritolu proove.

"Sellist salvestamisjärgset paindlikkust pole varem nähtud. Seega võib öelda, et meie saavutus esindab holograafilise pildistamise uut paradigmat ja ületab järjekindlalt nii tavapärased otsese pildistamise süsteemid kui ka standardse FINCH-i," ütles Shivasubramanian Gopinath.

Teravus vajab aega

Töörühm tegi muu hulgas katse, kus võrdles uut meetodit tavalise ehk otsepildistamise ja olemasolevate holograafiaga meetoditega (FINCH). Tulemustest nähtus, et kui objektid asusid teineteisest näiteks 12 millimeetri kaugusel, jäid need tavameetoditega uduseks. PEAR-FINCH suutis mõlemad objektid seevastu korraga teravalt välja joonistada.

Kuigi uus meetod pakub enneolematut paindlikkust, tuleb see suurema ajakulu ja andmemahu arvelt. Süsteem peab ühe pildi saamiseks salvestama ja töötlema rohkem infot ehk tegema umbes kolm korda rohkem kaadreid kui tavaline FINCH. Sestap ei sobi see veel väga kiiresti liikuvate objektide pildistamiseks.

Uuringutulemused avaldati ajakirja Journal of Physics: Photonics artiklis "Axial resolution post-processing engineering in Fresnel incoherent correlation holography".