傳統(tǒng)上，顯微鏡載玻片是平的，不是二維的，但肯定只是一小塊材料的快照。然而，世界呈現(xiàn)在三維空間中，觀察“整體”物體而不僅僅是一個(gè)切片的能力變得越來(lái)越重要。
三維顯微術(shù)的應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，這在很大程度上是計(jì)算能力相應(yīng)提高的結(jié)果。
3D顯微鏡涵蓋了一系列成像技術(shù)，如超聲斷層掃描術(shù)、微型計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（CT）、微正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)（PET）、光聲成像和其他與高分辨率但僅二維解決方案相比是大體積低分辨率解決方案的成像技術(shù)。
毫不奇怪，這些技術(shù)在各種醫(yī)學(xué)和外科診斷專業(yè)中最有用。有些可以用于活體手術(shù)，而另一些則在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中更有用。
醫(yī)學(xué)和三維機(jī)器人顯微鏡
當(dāng)使用機(jī)器人3D顯微鏡這個(gè)術(shù)語(yǔ)時(shí)，通常指的是機(jī)器人輔助顯微鏡。外科機(jī)器人可視化系統(tǒng)，如用于神經(jīng)外科的蔡司KINEVO 900，利用3D 4K數(shù)字混合可視化技術(shù)，當(dāng)KINEVO 900用作外窺鏡并具有3D視圖時(shí)，允許整個(gè)手術(shù)團(tuán)隊(duì)詳細(xì)查看手術(shù)，并有可能執(zhí)行微血管縫合和其他顯微外科操作。
它也限制了在手術(shù)過(guò)程中重新定位和重新聚焦的需要，從而節(jié)省了手術(shù)期間的重要時(shí)間。
modusv是一種機(jī)器人數(shù)字顯微鏡（基本上是機(jī)械臂上的3D顯微鏡），它將最先進(jìn)的工程技術(shù)與最先進(jìn)的光學(xué)、視頻處理和機(jī)器人自動(dòng)化相結(jié)合，為外科醫(yī)生和臨床醫(yī)生提供一種全新的外科手術(shù)方法。
立體三維可視化提供了自然的深度感知和逼真的手術(shù)視圖，在困難的手術(shù)任務(wù)中，為外科醫(yī)生提供了眼睛水平顯示器上增強(qiáng)的視覺(jué)信息。modusv具有12.5倍的光學(xué)變焦，比標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡的視場(chǎng)體積大得多，并且增強(qiáng)了視頻處理，為任何手術(shù)入路提供了通暢、清晰的視野。
外科醫(yī)生可以控制無(wú)菌手術(shù)區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)置，包括光學(xué)和機(jī)器人，使用語(yǔ)音命令來(lái)實(shí)現(xiàn)不間斷的手術(shù)流程。它使用Synaptive的跟蹤手術(shù)器械功能和modusv機(jī)器人免提運(yùn)動(dòng)來(lái)提供自動(dòng)對(duì)焦控制，從而消除了在手術(shù)過(guò)程中手動(dòng)調(diào)整焦距的需要。
同時(shí)，3Scan的團(tuán)隊(duì)，一家由麻省理工學(xué)院的兩名畢業(yè)生科迪·丹尼爾和托德·哈夫曼創(chuàng)立的公司，正在將高容量機(jī)器人3D成像引入病理學(xué)領(lǐng)域，在病理學(xué)領(lǐng)域，它有巨大潛力提供比標(biāo)準(zhǔn)2D顯微鏡更多的信息的詳細(xì)3D圖像。
病理學(xué)通常包括用手切割組織樣本，將每個(gè)樣本放在兩塊玻璃之間，并在顯微鏡下進(jìn)行研究。一個(gè)人通常每小時(shí)可以處理12個(gè)樣本切片，3D掃描可大大加快此過(guò)程。
它的刀口掃描顯微鏡（KESM）工具使用自動(dòng)金剛石刀以每小時(shí)1000片的速度切割樣本，并立即掃描每片切片的圖像。掃描是分層的，以創(chuàng)建一個(gè)具有微米級(jí)分辨率的三維組織模型。
三維機(jī)器人顯微鏡的新應(yīng)用
雖然大多數(shù)3D機(jī)器人顯微鏡用于醫(yī)療領(lǐng)域，但3D機(jī)器人顯微鏡卻在一個(gè)非常不同的環(huán)境中使用，以監(jiān)測(cè)世界海洋的健康狀況。
浮游生物是水體健康變化的自然指標(biāo)，在控制地球上的空氣和水的質(zhì)量方面起著重要作用。它們也是海洋食物鏈的起點(diǎn)。
令人擔(dān)憂的是，根據(jù)2010年發(fā)表在《自然》雜志上的研究，我們知道自1950年以來(lái)，浮游生物數(shù)量已經(jīng)下降了40%以上，這可能是由于全球氣溫的上升。然而，研究它們?nèi)匀皇且粋€(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰占钄?shù)量的浮游生物樣本，并在死后不受損的情況下運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。
IBM解決這個(gè)問(wèn)題的方法是部署人工智能（AI）控制的游泳機(jī)器人顯微鏡，通過(guò)云端聯(lián)網(wǎng)，跟蹤和監(jiān)測(cè)浮游生物在自然環(huán)境中的行為。IBM說(shuō)，這些顯微鏡依靠一個(gè)成像芯片來(lái)捕捉浮游生物在芯片上游動(dòng)時(shí)的陰影，“產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于其健康狀況的數(shù)字樣本，而不需要聚焦（因?yàn)闆](méi)有透鏡）。”
此外，高性能、低功耗的人工智能技術(shù)可以在本地分析和解釋數(shù)據(jù)，“實(shí)時(shí)報(bào)告任何異常情況，以便立即采取行動(dòng)。”
顯微鏡正被三維和人工智能的應(yīng)用所改變，這一點(diǎn)也不奇怪。
隨著這項(xiàng)技術(shù)在分辨率和與圖像判讀相關(guān)的算法方面的成熟，它將成為一種越來(lái)越強(qiáng)大的工具，不僅在醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)領(lǐng)域，而且在納米尺度上監(jiān)測(cè)地球的健康狀況。
