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借助光场技术的进步可实现3D光学活检

2019-07-14 15:48:44 • 来源：

研究人员已经证明，现有的光纤技术可用于生成体内组织的微观3D图像，为3D光学活检铺平了道路。与收集组织并送往实验室进行分析的正常活组织检查不同，光学活组织检查使临床医生能够实时检查体内的活组织。这种微创方法使用超薄微内窥镜来对准体内进行诊断或手术，但通常只产生二维图像。由澳大利亚墨尔本皇家理工大学牵头的研究现在揭示了现有微型内窥镜技术的3D潜力。发表于Science Advances，该开发是迈向3D光学活检，改善诊断和精确手术的关键第一步。

借助光场技术的进步可实现3D光学活检

主要作者Antony Orth博士表示，新技术使用光场成像方法在立体视觉中产生显微图像，类似于您戴着3D眼镜观看的3D电影。

“立体视觉是人类视觉的自然形式，我们从两个不同的角度观察一个物体，并在我们的大脑中处理这些物体以感知深度，”Orth说，ARC的纳米尺度卓越中心RMIT节点研究员BioPhotonics(CNBP)。

“我们已经证明可以用微型内窥镜中的数千根微纤维做类似的事情。

“事实证明，这些光纤可以自然地从多个视角捕捉图像，从而为我们提供微观尺度的深度感知。

“我们的方法可以处理所有这些微观图像，并结合视点，提供被检查组织的深度渲染可视化 - 三维图像。”

这个怎么运作

研究表明，光纤束以光场的形式传输3D信息。

然后，研究人员面临的挑战是利用记录的信息，对其进行解读并生成有意义的图像。

他们的新技术不仅克服了这些挑战，甚至在光纤弯曲和弯曲时也能起作用 - 这对于人体临床使用至关重要。

该方法借鉴了光场成像的原理，传统上，多个相机从略微不同的视角观察同一场景。

光场成像系统测量撞击每个相机的光线的角度，记录关于光的角度分布的信息以产生“多视点图像”。

但是如何通过光纤记录这种角度信息呢?

“我们所做的关键观察是，光线的角度分布巧妙地隐藏在这些光纤束如何透射光的细节中，”Orth说。

“光纤基本上'记住'最初发光的方式 - 另一侧的光线模式取决于光线进入光纤的角度。”

考虑到这一点，RMIT研究人员和同事开发了一个数学框架，将输出模式与光线角度联系起来。

“通过测量进入系统的光线的角度，我们可以仅使用单个图像中的信息来计算显微荧光样品的3D结构，”CNBP首席研究员兼副主任Brant Gibson教授说。

“因此，光纤束就像一个小型化的光场相机。

“令人兴奋的是，我们的方法与已经临床使用的光纤束完全兼容，因此3D光学活检可能很快就会成为现实。”

除医疗应用外，超薄光场成像设备还可用于生物研究中的体内3D荧光显微术。

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