Fast image restoration in light-sheet fluorescence microscopy with extended depth of field using GPUs

Abstract

Light sheet fluorescence microscopy (LSFM) is used in many biological research experiments that require fast three-dimensional (3D) imaging up to a few volumes per second. Wavefront coding (WFC) microscopy provides LSFM with 3D real-time imaging capabilities introducing a controlled aberration that extends the depth of field (DOF) of the microscope objective. Resulting images, however, are blurred and need to be processed to recover the original sharpness in a CPU-intensive deconvolution which makes real-time visualization unattainable. We present computational tools based on GPU parallel computing to achieve real-time deconvolution and visualization of the images obtained with WFC light-sheet microscopy.

La Microscopía de Fluorescencia de Iluminación plana (LSFM) se utiliza en muchos experimentos de investigación que requieren la obtención rápida de imágenes en tres dimensiones (3D) a velocidades de unos pocos volúmenes por segundo. La codificación de frente de onda (WFC) proporciona a LSFM la capacidad de obtener imágenes en 3D en tiempo real mediante la introducción de una aberración controlada que amplía la profundidad de campo (DOF) del objetivo del microscopio. Las imágenes obtenidas, no obstante, están difuminadas y necesitan de un procesado para recuperar su nitidez original en una operación de deconvolución que requiere un uso intensivo de la CPU y que impide su visualización en tiempo real. Se presentan herramientas computacionales basadas en procesamiento en paralelo en la GPU que permiten la deconvolución y visualización de imágenes obtenidas con un microscopio WFC de fluorescencia de iluminación plana.

La Microscòpia de Fluorescència d’Il·luminació plana (LSFM) es fa servir en molts experiments de recerca que requereixen l’obtenció ràpida d’imatges en tres dimensions (3D) a velocitats d’uns pocs volums per segon. La codificació de front d’ona (WFC) proporciona a LSFM la capacitat d’obtenir imatges en 3D en temps real mitjançant la introducció d’una aberració controlada que amplia la profunditat de camp (DOF) de l’objectiu del microscopi. Tanmateix, les imatges obtingudes estan difuminades i necessiten d’un processat per recuperar la seva nitidesa original en una operació de deconvolució que requereix d’un ús intensiu de la CPU i que impedeix la seva visualització en temps real. Es presenten eines computacionals que permeten la deconvolució i visualització d’imatges obtingudes amb un microscopi WFC de fluorescència d’il·luminació plana.