研究人员开发了3D 光学相干折射断层扫描技术

研究人员开发了一种增强版的OCT，它可以在更宽的3D视野中以更高的对比度和分辨率对生物医学样本进行成像，他们使用这种新方法对斑马鱼幼虫进行成像。图片来源：杜克大学 Kevin C. Zhou

       研究人员开发了一种增强版的光学相干断层扫描技术 (OCT)，使得这种技术可以在比之前更宽的 3D 视野范围内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。杜克大学的研究人员将这项新技术发表在《Optica》杂志上，他们称之为 3D 光学相干折射断层扫描技术 (3D OCRT)。通过对各种生物样本进行实验，他们表明 3D OCRT 可以生成非常详细的图像，这些图像可以发现了传统 OCT 难以观察到的特征。

       在没有任何造影剂或标记的情况下，OCT利用光可以提供高分辨率 3D 图像，虽然通常该成像方法用于眼科检查，但它也可用于对身体的其他部位进行成像，例如皮肤、耳朵、嘴巴、动脉和胃肠道等。

       文章的第一作者 Kevin C. Zhou 说：“OCT 是一种广泛用于眼科和其他医学分支的体积成像技术，我们将这一技术的性能进行了扩展，使其具有新颖的硬件和新的计算 3D 图像重建算法相结合的特点，解决了一些众所周知的成像技术的局限性。” 研究团队的联合负责人 Joseph A. Izatt 说：“我们设想将这种方法应用于各种生物医学成像，例如人眼或皮肤的活体诊断成像，我们设计用于实现这项技术的硬件也可以很容易地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。”

这种新方法可以采集到非常详细的图像，这些图像发现了传统 OCT 难以观察到的特征，比如图像所示的果蝇头部。图片来源：杜克大学 Kevin C. Zhou

通过 OCT 发现更多信息

       尽管 OCT 在临床应用和生物医学研究上都被证明是非常有用的，但是由于光束传播的基本限制，同时获得全方位宽视场的高分辨率 OCT 图像是很困难的，另外一个挑战是 OCT 图像包含高水平的随机噪声，这些噪声被称为散斑，它会掩盖生物医学上重要的细节。为了解决这些限制，研究人员使用了一种包含抛面反射镜的光学设计，这种反射镜在非成像应用中是很常见的，比如手电筒，它围绕着灯泡，将光线汇聚到一个方向上。研究人员使用了类似的光学装置，在这种装置中，将光线从另一个方向发射出去，，样本被放置在手电筒中灯泡的位置。这种设计使得可以在非常宽的角度范围内从多个视角对样品进行成像。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，以校正失真、噪声和其他缺陷。

       研究团队的联合负责人 Sina Farsiu 说：“发表在《Optica》杂志上的工作是我们之前研究成果的扩展，克服了硬件和软件方面的巨大挑战，使得 OCRT 能够在 3D情况下工作，并使其具有更广泛的应用，由于我们的系统产生了数十至数百 GB 的数据，我们不得不开发一种基于现代计算工具的新算法，这些工具最近在机器学习领域已经成熟。”

获得宽的视野

       研究人员通过使用该方法对包括斑马鱼和果蝇(行为、发育和神经生物学研究的重要模型生物)在内的各种生物样本进行成像，证明了该方法的多功能性和广泛的适用性。他们还对小鼠气管和食道的组织样本进行了成像，以展示医学诊断成像的潜力。利用3D OCRT技术他们无需移动样本即可获得高达 ±75° 的 3D 视野。 Kevin C. Zhou 说：“除了减少噪声伪影和校正样本引起的失真之外，OCRT本身还能够通过计算生成传统OCT中不太可见的组织特性的对比，例如，我们发现它对纤维状组织等定向结构很敏感。”

       研究人员现在正在探索缩小系统的方法，同时通过利用OCT系统技术的最新发展，以及可以加快或改善数据处理的深度学习的进展，使得这一技术能够更快地进行实时成像。

       消息来源：https://phys.org/news/2022-06-optical-coherence-tomography.html