研究人员将光学相干断层扫描提升到一个新的水平

光行天下 2022-06-06 23:24 Posted on 四川

研究人员开发了光学相干断层扫描（OCT）的增强版本，可以在比以前更宽的3D视野下以更高的对比度和分辨率对生物医学样本进行成像。新的3D显微镜可用于生物医学研究，并最终实现更准确的医学诊断成像。  

在Optica出版集团的高冲击研究期刊Optica中，杜克大学的研究人员描述了这项新技术，他们称之为3D光学相干折射断层扫描（3D OCRT）。使用各种生物样本，它们表明3D OCRT产生高度详细的图像，揭示了传统OCT难以观察的特征。 

OCT使用光线提供高分辨率3D图像，而无需任何对比剂或标签。虽然它通常用于眼科应用，但成像方法也可用于成像身体的许多其他部位，如皮肤和耳朵、口腔、动脉和胃肠道内部。 

第一作者Kevin C说，OCT是一种体积成像技术，广泛应用于眼科和其他医学分支。周。我们开发了一个新的令人兴奋的扩展，具有新颖的硬件和新的计算3D图像重建算法，以解决成像技术的一些众所周知的局限性。 

研究团队联合负责人Joseph A说，我们设想这种方法将应用于各种生物医学成像应用，例如人眼或皮肤的体内诊断成像。伊扎特。我们为执行该技术而设计的硬件也可以很容易小型化成小型探针或内窥镜，以进入胃肠道和身体的其他部位。

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虽然OCT已被证明在临床应用和生物医学研究中都很有用，但由于光束传播造成的根本限制，很难同时在各个方向的广阔视野下获得高分辨率OCT图像。另一个挑战是，OCT图像包含高水平的随机噪声，称为斑点，这可能会掩盖生物医学上的重要细节。

为了解决这些局限性，研究人员使用了包含抛物面镜的光学设计。这种类型的镜子通常出现在非成像应用中，例如手电筒，它围绕着灯泡，将光线引向一个方向。研究人员使用光学装置，将光线发送到另一个方向，样本放置在灯泡放在手电筒中的位置。 

这种设计使从多个视图以非常广泛的角度对样品进行图像成为可能。他们开发了一种复杂的算法，将视图组合成一个高质量的3D图像，可以纠正失真、噪音和其他缺陷。 

研究团队联合负责人Sina Farsiu说，在Optica上发表的工作通过克服硬件和软件方面的重大工程挑战，扩展了我们之前的研究，使OCRT能够以3D工作，并使其更广泛地适用。由于我们的系统生成数万到数百千兆字节的数据，我们必须开发一种基于最近在机器学习社区中成熟的现代计算工具的新算法。

获得更广阔的视野

研究人员通过使用它来成像各种生物样本，包括斑马鱼和果蝇，证明了该方法的多功能性和广泛适用性，它们是行为、发育和神经生物学研究的重要模型生物。他们还对气管和食道的小鼠组织样本进行了成像，以证明医学诊断成像的潜力。使用3D OCRT，他们在不移动样本的情况下获得了高达±75°的3D视野。 

Zhou说，除了减少噪声伪影和纠正样本诱导的扭曲外，OCRT本质上还能够计算出与传统OCT中不太明显的组织属性的对比。例如，我们表明它对纤维样组织等定向结构很敏感。 

研究人员现在正在探索如何缩小系统，并通过利用更快的OCT系统技术的最新发展和深度学习的进步来缩小系统并使其更快地进行实时成像。 

相关链接：https://phys.org/news/2022-06-optical-coherence-tomography.html