西安光机所计算光学显微成像研究获进展

       全彩色FPM成像对于分析标记的组织切片至关重要。传统扫描拼接依托彩色相机速度很快，尽管FPM技术在单通道下有高通量优势，但彩色化下使用传统的RGB序列照明合成则会缩小3倍通量，因此如何在保持精度的同时提高彩色化效率、保持高通量的优势、突破精度与效率的矛盾关系是主要的科学问题。2021年，中国科学院西安光学精密机械研究所潘安、马彩文、姚保利团队提出了颜色迁移傅里叶叠层显微术（CFPM）的方法，以几乎无精度损失的情况下将效率提高了3倍（Science China Physics, Mechanics & Astronomy，64(11),114211(2021)，封面文章）。由于缺乏对颜色传递过程中空域信息约束，该方法无法恢复多色染料染色的复杂样品，且依赖GPU的并行计算。鉴于此，科研团队提出了改进的FPM全彩色成像算法，称为颜色迁移滤波傅里叶叠层显微术（CFFPM）。该方法将交叠分块、三边滤波与全彩色FPM迁移学习模型相结合。前者降低了解空间的搜寻范围，后者引入了空域的先验信息，有效地匹配了最合适的颜色传递像素和滤除了杂色，进一步通过迭代在两个色彩空间的颜色精炼，从而克服了CFPM的重要缺陷。

       实验对比26个样本统计结果显示：在精度方面，CFPM、CFFPM与RGB序列照明方法相比均方误差分别高4.76%和1.26%；在视觉效果方面，CFFPM可有效分辨多色染料染色的复杂样本，与RGB序列照明方法难以分出差别；在时间效率方面，与RGB序列照明方法相比，CFPM和CFFPM均具有更高的效率/与在CPU上运行的CFPM相比，CFFPM方法的运行时间从几小时减少到几分钟；在临床应用方面，颜色精度对于病理判断至关重要，而简单地加快成像速度导致彩色成像的精度损失。CFFPM在两者之间做到了较好的取舍，在快速成像的同时保持了高精度彩色成像的优势，使得结果能够被病理学家可用可接受，特别是对时间敏感的术中病理颇具应用前景。此外，CFFPM无需GPU加速，由于其低成本硬件要求，可广泛推广到实际应用中，为计算光学成像在数字病理学中的临床应用提供了新思路。