Optica|宽视场、高分辨率和高对比度的光学相干折射断层成像

杜克大学的研究人员改进了光学相干断层扫描（OCT），使用一种三维光学相干折射断层成像（3D OCRT）技术扩大了成像范围、提高了对比度和分辨率。3D OCRT能够分辨更多细节信息，对生物医学样本成像、以及医疗诊断具有重要应用价值。本研究目前已发表于Optica。

OCT由于不需要任何造影剂或标记物，所以广泛应用于生物医疗领域的成像，如眼、皮肤、口腔、动脉和胃肠道内部等。研究人员表示，3D OCRT的特点是将新的硬件设备与新的三维图像重建算法相结合，从而解决了OCT成像技术的一些局限性。3D OCRT技术的硬件设备也可以很容易地制成小型探针或内窥镜，以进入胃肠道和身体的其他部位成像。

3D OCRT对果蝇头部成像的结果。3D OCRT揭示了传统OCT难以观察到的细节特征。

尽管事实证明OCT在临床应用和生物医学研究中都很有用，但由于光束传播的基本限制，OCT很难同时在所有方向上获得宽视场高分辨率的OCT图像。OCT成像的另一个限制是图像具有较高的随机噪声，噪声形成的斑点可能会掩盖生物医学上的重要细节。

为了解决上述问题，研究人员使用了一种新的光学设计，其中包括一个抛物面镜，其能够将光线导向一个方向。在此光学装置中，样品被放置在抛物面镜焦点。这种设计使得对样品的多个角度成像成为可能，而且成像角度范围非常广。研究人员还开发了一种新的算法，将得到的图像合并成一个高质量的三维图像，以纠正失真、噪声和其他缺点。

OCRT实现3D成像，所以具有更广泛的应用。由于3D OCRT"会产生几十到几百GB的数据，所以研究人员使用机器学习开发了新的计算机算法。

获得更广阔的视野

斑马鱼幼虫的3D OCRT和传统的OCT效果图之间的对比。

研究人员使用3D OCRT对各种生物样本，包括斑马鱼和果蝇，进行成像。这两种生物是行为、发育和神经生物学研究的重要模型生物。成像结果证明了3D OCRT的多功能性和广泛适用性。研究人员还对小鼠的气管和食道组织样本进行了成像，以证明其在医学诊断成像方面的潜力。通过3D OCRT，他们获得了高达±75°的3D视场，并且成像过程中无需移动样本。

除了减少噪音伪影和纠正样本引起的扭曲外，OCRT本身能够通过计算从传统的OCT中不太明显的组织属性中实现高对比度。例如，实验表明OCRT对定向结构（如纤维状组织）敏感。

目前，研究人员现在正在探索缩小该系统的方法，并通过利用更快的OCT技术和结合快速深度学习算法，使其更快地进行现场成像，从而加速或改善数据处理过程。