新方法可作為OCT和其他平臺的附加組件，以抵消衍射效應(yīng)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，哈佛工程與應(yīng)用科學(xué)院(Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，Harvard SEAS)超材料先驅(qū)Federico Capasso團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種提高基于斷層掃描成像模式高分辨率性能的方法。

作為一種常規(guī)的成像技術(shù)，OCT(光學(xué)相干層析成像)在軸向分辨率方面取得了巨大的進(jìn)步，但在橫向分辨率和焦深方面仍面臨著挑戰(zhàn)，尤其是在較大的成像深度上。將光聚焦到單個深度點(diǎn)會抑制系統(tǒng)的深度成像能力，然而當(dāng)沿軸向分布光以抵消這種影響時(shí)，會引起衍射問題并影響橫向分辨率。

Capasso團(tuán)隊(duì)提出了一種被稱為“雙射照明收集成像(bijective illumination collection imaging，BICI)”的概念，目的是在相對較大的深度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)三維高分辨率成像，有效地避免衍射帶來的限制。

BICI概念

正如Nature Photonics所報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)最初設(shè)計(jì)了一種OCT成像解決方案作為概念驗(yàn)證，但同樣的原理也可以用作其他成像模式的附加組件。

在BICI中，光入射和收集路徑通過兩個超表面(由納米級亞波長間隔的光學(xué)元件陣列組成)分隔開。利用一組專門為該任務(wù)設(shè)計(jì)的表面結(jié)構(gòu)可以在光入射和收集路徑的焦點(diǎn)間產(chǎn)生一對一或“雙射”關(guān)系，從而有效地消除失焦信號。

BICI配置

該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)指出，現(xiàn)有的高分辨率系統(tǒng)通常利用緊密聚焦的光來相對增加來自焦點(diǎn)的信號以減少失焦信號的影響，但在BICI中由于兩個光路之間產(chǎn)生的直接相關(guān)性而完全不存在失焦信號，因此不會影響深度范圍。

“與最先進(jìn)的成像技術(shù)相比，BICI可以將高分辨率成像的范圍擴(kuò)大12倍以上?！表?xiàng)目合作伙伴皇后大學(xué)(Queen's University)的Majid Pahlevani說。“與傳統(tǒng)成像技術(shù)不同，在BICI中，入射到目標(biāo)的光和從目標(biāo)收集的光通過納米結(jié)構(gòu)沿深度分布，使得在目標(biāo)組織的大深度上保持高分辨率成像成為可能?！?/p>

BICI分辨率和焦深測量

用于實(shí)時(shí)診斷的癌細(xì)胞成像

將BICI集成到傅立葉域近紅外OCT系統(tǒng)后，可在體外條件下拍攝豬肺氣道組織結(jié)構(gòu)的圖像。根據(jù)Nature Photonics報(bào)道，研究結(jié)果顯示“3.2微米的橫向分辨率在1.25毫米的成像深度上幾乎保持不變，與使用具有相同橫向分辨率的理想高斯光束獲得的成像焦深相比，其成像焦深約擴(kuò)大了12倍?！?/p>

BICI與常規(guī)方法的組織成像比較

BICI在實(shí)際應(yīng)用中的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是它不會帶來任何新的計(jì)算挑戰(zhàn)。根據(jù)Majid Pahlevani的說法，這在活體動物成像中是一個優(yōu)勢。

“計(jì)算密集型技術(shù)導(dǎo)致成像緩慢，這并不適合活體成像。”Pahlevani說道，“活體患者的器官不是靜止的，而是活動的，這會在成像中產(chǎn)生偽影。因此，活體成像需要快速技術(shù)。”

在OCT上證明了其價(jià)值后，BICI也應(yīng)適用于其他模式，可能有助于癌細(xì)胞和相關(guān)細(xì)胞間機(jī)制的成像，以進(jìn)行實(shí)時(shí)癌癥診斷。

“雖然在這項(xiàng)工作中BICI應(yīng)用于OCT，但基本概念是通用的，可能適用于各種成像模式，例如共聚焦顯微鏡和雙光子顯微鏡?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)說。

原文標(biāo)題：基于超表面的雙射照明收集成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維高分辨率層析成像

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審核編輯：湯梓紅