雷射共聚焦顯微鏡以點掃描方式進行圖像采集，由于針孔和特殊的成像方式，共聚焦圖像具有分辨率高、信噪比好等優點。但點掃描成像在靈敏度-空間分辨率-時間分辨率三個方向呈三角關系，經常隻能取其一方面優勢而無法兼顧另外兩面；在空間分辨率和靈敏度的要求越來越高的需求下，無限制提高掃描振鏡頻率導緻像素駐留時間過短，最終導緻共聚焦采集高動态變化的信号時圖像品質差、信噪比低。那麼，能不能在保持時間分辨率情況下不降低信噪比和空間分辨率呢？
圖1 雷射共聚焦顯微鏡圖像采集三要素
DSE（Dynamic Signal Enhancement）是搭載在Leica最新STELLARIS共聚焦平台的動态信号增強技術，在不降低圖像時間分辨率基礎上極大提高圖像信噪比。例如，細胞endosome研究需要極高的動态分辨能力，視訊1為使用8KHz 共振掃描振鏡進行高達50幅每秒的快速動态成像，根據共聚焦圖像采集三要素在獲得時間分辨率的情況下，空間分辨率和靈敏度都大幅度降低，是以圖像看起來信噪比差。如何提高圖像信噪比而不降低時間分辨率呢？
視訊2為應用徕卡Dynamic Signal Enhancement技術後得到的高信噪比動态資料，從視訊可以看出，囊泡運動速度沒有降低，運動循迹性與普通快掃資料一緻，說明應用DSE技術後可以不降低圖像時間分辨率，但是圖像品質大幅提高。
Hrab5a_GFP, vesicle dynamics in live cell imaging, Sample Courtesy of Dr. Sandra Ritz, Microscopy & Histology Core Facility, Institute of Molecular Biology gGmbH (IMB), Mainz, Germany. Transfection of EGFP by Marino Zerial
DSE（Dynamic Signal Enhancement）技術可以在Live圖像預覽和Acquisition圖像采集過程中實時動态增強圖像品質，其工作原理是借助多幀重複平均的方法，在Live預覽情況下，利用前幾幀和目前預覽圖像進行疊加計算；在圖像采集過程中可以進行滾動平均計算來完成資料的信号增強。
圖2 DSE在Live和Acquisition模型下工作原理
傳統滾動平均技術雖然可以提高圖像信噪比，但是當遇到高速運動目标時，傳統滾動平均會參考大量高速動态幀資料，導緻平均後高速運動目标出現重影、模糊等問題。如圖3所示，高速運動的草履蟲，利用傳統滾動平均無法真實還原高速動态變化，出現模糊重影問題。那DSE如何解決上述問題呢？
圖3 傳統滾動平均處理高速運動信号的局限性
Leica DSE子產品內建AiviaMotion機器學習圖像增強技術，在處理高速動态變化圖像時，運用機器學習在相鄰圖像之間插入附加幀，經過疊代可以得到目标物體的實際運動軌迹圖像，進而增強動态信号的時間分辨率。如圖3所示，SiR-Lysosome标記細胞後，共振掃描模式對囊泡進行快速動态信号采集，Raw data顯示紅框中的囊泡真實運動狀态，但是圖像信噪比較差；中間圖像經過傳統滾動平均後，信噪比大幅提高，但是高速運動的囊泡出現拖尾現象；右圖是DSE和AiviaMotion共同處理後的，可以看到圖像信噪比很高，同時囊泡沒有拖尾現象，DSE和AiviaMotion聯用可以還原真實信号運動軌迹。
圖4 SiR-Lysosome 共振掃描+DSE+AiviaMotion應用
DSE+AiviaMotion不僅在單色成像中有很好效果，也可以應用到多色高速成像中。視訊2-1為研究細胞線粒體運輸和溶酶體成熟的應用，在共振掃描模式下，可以清楚觀察線粒體和溶酶體運動，但是圖像信噪比和分辨率均較差。右側視訊為應用DSE+AiviaMotion後，圖像信噪比和分辨率大幅提高，達到可以分辨亞細胞器的水準，同時由于AiviaMotion的運用，快速運動的線粒體和溶酶體均沒有出現拖影問題。
Cell culture stained with Mitoview, SiR-lysosome and NIR750；Fast time-lapse imaging (6.4 volumes per second) on the STELLARIS confocal platform using the resonant scanner. Image series further enhanced with Dynamic Signal Enhancement (including AiviaMotion)；
Leica DSE子產品完美整合到STELLARIS共聚焦平台LAS X軟體中，打開XYT模式即可出現DSE設定子產品，通過Frames和Weight可以動态實時提高圖像信噪比。
對于采集完成的資料也可以在process中打開DSE進行後期信号增強處理，同時可以選擇AiviaMotion進一步增強圖像時間分辨率，還原圖像真實運動軌迹。
Leica DSE技術深度整合到LASX軟體中，不同于以往的後期滾動平均，DSE除可用于後期資料處理外還可以在實時預覽時呈現高信噪比圖像，DSE給我們提供了一個更直覺的結果。DSE技術使快速掃描的共聚焦圖像可用性大大提高。DSE技術包含動态信号增強和AiviaMotion，兩者結合使用克服了傳統Rolling average的問題，極大的提高了動态圖像的信噪比和時間分辨率。在同時多色高速成像研究中，DSE可以和LIGHTNING技術結合為科研工作者提供高分辨率、高信噪比和高時間分辨率的結果。
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