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利用光纤实现三维光学活检

发布:laserline    |    2019-06-11 22:28    阅读:423
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医学和光学科学家正在竞相开发全光学活检技术,以便更快和更少侵入性的癌症诊断(见“走向全光学活检”,OPN,2019年4月)。已经存在由柔性光纤束驱动的内窥镜用于人体内部的窥视,但是它们产生的图像限于二维,通常是因为仪器的尺寸限制。澳大利亚一所大学的研究人员已经学会了如何从当今临床显微内窥镜中纤维束的光路中提取深度信息(Sci.Advances,doi:10.1126 / sciadv.aav1555)。该技术产生的三维图像可以在光学活检期间更好地观察潜在的肿瘤。澳大利亚墨尔本皇家理工大学的研究小组从光场成像系统中获得了灵感,该系统通过计算而非机械方式聚焦光线。目前的微型内窥镜包含多束光纤束,它们在传播光场的同时会对光场产生干扰。


图1 包含约30000个紧密间隔多模光纤束的截面细节。澳大利亚科学家利用这束光来制造超薄的光场成像探头。[图片:皇家理工大学Anthony Orth]

澳大利亚墨尔本皇家理工大学生物光子学研究人员Anthony Orth和他的同事们意识到,这些光纤束的光输出仍然包含有关光输入到光纤束的内部强度信息(一个传统的内窥镜装置抑制了强度数据以减少像素化)。使用一束大约含有30000根平均中心间距为3.2μm的光纤束,科学家计算出550 nm点光源输入到光纤束的角分布远小于光纤束横截面。据研究人员称,从束中心入射角度较大的光纤比靠近束中心的光纤具有更高阶的激发模式。单个光纤离光纤束中心越远,光线就越被推到单个纤芯的边缘。接下来,科学家们用一种称为数字孔径滤波的技术对光进行处理,然后对光场进行数学建模,以实现聚焦图像。澳大利亚墨尔本皇家理工大学的光场技术对光纤束中的中度弯曲相对不敏感,将长而薄的成像设备插入人体时,这一直是一个主要问题。然而,研究小组警告说,当组织由于光衰减而基本上无法观察时,该设备将无法工作。


图2 澳大利亚墨尔本皇家理工大学(RMIT University)研究员Anthony Orth拿着研究中使用的超薄微型内窥镜。(图片:皇家墨尔本理工大学)

来源: Optics Photonics

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