新算法捕捉活体标本复杂的三维光散射信息
发布时间：2023-08-16 00:00:00 阅读数： 28
口腔上皮细胞。资料来源：波士顿大学 Jiabei Zhu
研究人员开发了一种新算法，用于恢复表现出多种光散射的生物样本的三维折射率分布。该算法有助于优化一种称为强度衍射断层扫描（IDT）的新成像方法。
波士顿大学的 Jiabei Zhu 将在 Optica 成像大会上介绍这项研究。这次混合会议将于 2023 年 8 月 14 日至 17 日在马萨诸塞州波士顿举行。
"三维定量相位成像（QPI）在生物医学成像领域的各种应用中具有优越的特性。作为一种无标记技术，QPI 可以对透明的生物体和细胞进行成像，而无需使用外源性造影剂和染料，因为外源性造影剂和染料会产生光毒性效应，对样本造成损害，"Zhu 解释说。
"与传统的相位对比和微分干涉对比显微镜相比，QPI 不仅能提供高对比度的形态信息，还能提供定量的相位信息。具体来说，三维 QPI 可以提供样品内部高分辨率的三维折射率（RI）分布。这些宝贵的信息可以促进血液学、神经学和免疫学的研究，有助于疾病和感染的诊断。"
虽然三维成像技术可用于研究厚厚的生物样本，但实现高速采集和高分辨率是一项挑战。IDT 方法是一种无标记相位层析技术，有助于克服这一限制。这些技术可以使用可编程的 LED 阵列来实现，这种 LED 阵列很容易添加到标准显微镜中。
Zhu的研究团队最近开发了两种IDT方法，即环形IDT（aIDT）和复用IDT（mIDT），它们提高了图像采集速度，足以实现动态生物样本的可视化。环形 IDT（aIDT）使用与物镜数值孔径相匹配的 LED 环形，而多重 IDT（mIDT）使用多个 LED 同时照亮样品。
研究人员发现，由于使用高数值孔径物镜，现有的 IDT 重建算法不能很好地与他们的新方法配合使用，于是他们决定开发一种新算法。该算法使用了基于分步非同轴（SSNP）方法的多重散射模型，该方法是最近为克服光学衍射层析成像中的类似限制而开发的。
研究人员的研究表明，使用 aIDT 对口腔上皮细胞应用新的 IDT 重建算法，可以轻松区分不同深度的细胞，重建细胞边界和细胞膜，并可视化细胞周围的原生细菌。
他们还使用 mIDT 将其应用于厚厚的多散射活体秀丽隐杆线虫胚胎。重建后的图像显示了蠕虫折叠的细节，单深度横截面显示了细胞轮廓、颊腔和蠕虫尾部的形态细节。
总之，实验表明，通过将 SSNP 方法扩展到 IDT，研究人员能够获得大视野的高质量图像。
