近日，瞬態(tài)光學與光子技術國家重點實驗室潘安團隊在計算光學顯微成像領域取得重要進展，相關研究成果在線發(fā)表于光學領域頂級期刊Optica(IF 10.4)，并入選當期封面論文。論文共同第一作者為張書赫博士(現(xiàn)清華大學博士后)和2020級博士研究生王愛業(yè)，通信作者為潘安副研究員。這是中國科學院西安光機所首次以第一單位在該期刊發(fā)表文章，標志著研究所在計算光學顯微成像領域的研究成果得到了國內、國際業(yè)界的認可。
 

圖?期刊封面以及論文摘要
 

　　傅里葉疊層顯微成像術(FPM)是一種高通量計算成像技術，在病理切片的顯微觀察中可以避免傳統(tǒng)的掃描拼接偽影。然而全視場重建產生的漸暈偽影以及對系統(tǒng)誤差精確校正的嚴格要求給獲取高質量的成像結果帶來了極大挑戰(zhàn)，相關研究往往只能提供展示子視場的良好重建結果。這一難題始終阻礙著FPM技術向前推進的腳步，使得FPM在數(shù)字病理學領域的應用僅僅停留在科學研究層面,并未被廣泛接受和認可。
 

　　針對這一問題，受結構感知思路的啟發(fā)，研究團隊提出一種基于特征域前向模型的全視場重建計算框架，命名為FD-FPM。該方法無需分塊操作可以消除全視場重建圖像邊緣的皺褶偽影，且無需數(shù)據預處理對各種系統(tǒng)誤差(照明位置誤差、照明強度不均勻等)以及噪聲信號表現(xiàn)出優(yōu)異的魯棒性。該方法在團隊自主研制的高通量全劃片成像系統(tǒng)上進行了大量實驗驗證，實現(xiàn)了4.7mm直徑視場的全彩色成像，最高分辨率可達336nm。這一計算框架的提出為開發(fā)更加方便靈活、高質高效、成本低廉的全劃片成像系統(tǒng)提供了有益的啟發(fā)。
 

圖?使用FD-FPM和傳統(tǒng)方法對高分化大腸癌病理切片進行全彩色成像的結果對比
 

　　潘安團隊在長時程無標記原位觀測技術、大規(guī)模藥物篩選系統(tǒng)、超分辨率光學遙感技術和特征域非掃描全劃片成像系統(tǒng)等方面開展了長期的研究工作。最新發(fā)表的工作延續(xù)了團隊對FPM技術成像質量受漸暈影響的關注，此前依次提出分塊舍圖保持線性空不變系統(tǒng)方案(Optics and Lasers in Engineering,2019),不分塊硬件上優(yōu)化調整LED排布保持線性空不變系統(tǒng)方案(Optics Express,2023)，以及不分塊算法上構建基于物理光學的空變模型方案(Optics Letters,2024)。工作前期所開展的基礎性研究得到了國家自然科學基金重大科研儀器研制項目的支持，為本論文實現(xiàn)關鍵技術攻關及預期研究目標奠定了良好的基礎。該項研究也將為研究所在醫(yī)工交叉領域進一步發(fā)展提供支持。