近日，瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘安團(tuán)隊(duì)在計(jì)算光學(xué)顯微成像領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Optica(IF 10.4)，并入選當(dāng)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(xué)博士后)和2020級(jí)博士研究生王愛(ài)業(yè)，通信作者為潘安副研究員。這是中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所首次以第一單位在該期刊發(fā)表文章，標(biāo)志著研究所在計(jì)算光學(xué)顯微成像領(lǐng)域的研究成果得到了國(guó)內(nèi)、國(guó)際業(yè)界的認(rèn)可。
 

圖?期刊封面以及論文摘要
 

　　傅里葉疊層顯微成像術(shù)(FPM)是一種高通量計(jì)算成像技術(shù)，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(chǎng)重建產(chǎn)生的漸暈偽影以及對(duì)系統(tǒng)誤差精確校正的嚴(yán)格要求給獲取高質(zhì)量的成像結(jié)果帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)，相關(guān)研究往往只能提供展示子視場(chǎng)的良好重建結(jié)果。這一難題始終阻礙著FPM技術(shù)向前推進(jìn)的腳步，使得FPM在數(shù)字病理學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用僅僅停留在科學(xué)研究層面,并未被廣泛接受和認(rèn)可。
 

　　針對(duì)這一問(wèn)題，受結(jié)構(gòu)感知思路的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于特征域前向模型的全視場(chǎng)重建計(jì)算框架，命名為FD-FPM。該方法無(wú)需分塊操作可以消除全視場(chǎng)重建圖像邊緣的皺褶偽影，且無(wú)需數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)各種系統(tǒng)誤差(照明位置誤差、照明強(qiáng)度不均勻等)以及噪聲信號(hào)表現(xiàn)出優(yōu)異的魯棒性。該方法在團(tuán)隊(duì)自主研制的高通量全劃片成像系統(tǒng)上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了4.7mm直徑視場(chǎng)的全彩色成像，最高分辨率可達(dá)336nm。這一計(jì)算框架的提出為開(kāi)發(fā)更加方便靈活、高質(zhì)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(duì)高分化大腸癌病理切片進(jìn)行全彩色成像的結(jié)果對(duì)比
 

　　潘安團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)時(shí)程無(wú)標(biāo)記原位觀測(cè)技術(shù)、大規(guī)模藥物篩選系統(tǒng)、超分辨率光學(xué)遙感技術(shù)和特征域非掃描全劃片成像系統(tǒng)等方面開(kāi)展了長(zhǎng)期的研究工作。最新發(fā)表的工作延續(xù)了團(tuán)隊(duì)對(duì)FPM技術(shù)成像質(zhì)量受漸暈影響的關(guān)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(diào)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(gòu)建基于物理光學(xué)的空變模型方案(Optics Letters,2024)。工作前期所開(kāi)展的基礎(chǔ)性研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持，為本論文實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及預(yù)期研究目標(biāo)奠定了良好的基礎(chǔ)。該項(xiàng)研究也將為研究所在醫(yī)工交叉領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展提供支持。