超微型内窥镜实现更高质量的成像

美国Johns Hopkins大学的研究人员制备了一种新型的无透镜的，超小型内窥镜，其直径为几百纳米，并可以实现高质量成像。目前，该研究已发表于“Science Advances”。Johns Hopkins大学制备的内窥镜只有几百纳米，却可以捕获活神经元活动的图像。

超微型内窥镜对不同对象的成像结果

Johns Hopkins大学电气与计算机工程学院的副教授，该论文的通讯作者Mark Foster表示：通常情况下，必须牺牲透镜尺寸或图像质量而实现高质量成像。我们的微型内窥镜可兼顾小尺寸及高图像质量这两者。

微型内窥镜旨在检查在动物测试对象的大脑中发射的神经元，因此，其尺寸必须小巧，但又必须提供足够清晰的图像。大多数标准的微型内窥镜直径可达几毫米，并且需要更大，更具侵入性的透镜才能实现高质量的成像。 研究人员表示，尽管目前存在无透镜微型内窥镜，但逐个像素扫描大脑区域的光纤经常弯曲，并且在移动时会失去成像能力。

无透镜元件

在这项研究中，Foster等制备了一种无透镜的超小型微型内窥镜，与传统的基于透镜的微型内窥镜相比，它增加了可以看到的量从而改善了图像质量。为了测试该元件，研究人员对具有不同图案的珠子进行成像。

研究人员对一个平面网格的孔径编码，该网格随机地阻挡光线，用已知的图案产生投影，这类似于随机戳一块铝箔并使光线穿过所有小孔。这会产生混乱的图像，但是会提供大量有关光的源头信息，并且可以通过计算将信息重构为更清晰的图像。

Foster表示，光学发展的目标之一始终是使图像尽可能更清晰。现在，由于进行了计算重建，我们可以有目的地捕获这些看起来很糟糕的结果，但与人眼直觉相反，计算可以最终得到清晰的图像。

此外，福斯特团队的微型内窥镜不需要移动即可聚焦在不同深度的物体上。他们使用计算重聚焦来确定光线的三维来源。这使他们的内窥镜比传统版本小得多。展望未来，研究团队将使用荧光标记程序测试微型内窥镜，其中对活跃的大脑神经元进行标记和照明，以确定内窥镜在成像神经活动方面的准确性。

论文结论

该研究论文展示了一种在多芯光纤远端使用编码孔径的无透镜远端的无扫描微内窥镜。通过用单个空间掩模板代替远端透镜，与传统的基于镜头的方法相比，可以通过计算以优异的图像质量恢复980μm宽视场图像。

此外，成像系统还能够无需移动地使用编码孔径对单次快照的响应，对相距1.5 mm深度的对象进行计算重新聚焦。本文提出的技术也不需要其他元素来校正色差，只需对每个颜色通道进行校准即可实现彩色成像。因此，这种无透镜远端显微内窥镜能够实现微创成像，其功能和性能是传统基于透镜的显微内窥镜无法实现的。