新方法可作為OCT和其他平臺的附加組件，以抵消衍射效應。

據麥姆斯咨詢報道，近日，哈佛工程與應用科學院(Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，Harvard SEAS)超材料先驅Federico Capasso團隊報道了一種提高基于斷層掃描成像模式高分辨率性能的方法。

作為一種常規的成像技術，OCT(光學相干層析成像)在軸向分辨率方面取得了巨大的進步，但在橫向分辨率和焦深方面仍面臨著挑戰，尤其是在較大的成像深度上。將光聚焦到單個深度點會抑制系統的深度成像能力，然而當沿軸向分布光以抵消這種影響時，會引起衍射問題并影響橫向分辨率。

Capasso團隊提出了一種被稱為“雙射照明收集成像(bijective illumination collection imaging，BICI)”的概念，目的是在相對較大的深度范圍內實現三維高分辨率成像，有效地避免衍射帶來的限制。

BICI概念

正如Nature Photonics所報道，該團隊最初設計了一種OCT成像解決方案作為概念驗證，但同樣的原理也可以用作其他成像模式的附加組件。

在BICI中，光入射和收集路徑通過兩個超表面(由納米級亞波長間隔的光學元件陣列組成)分隔開。利用一組專門為該任務設計的表面結構可以在光入射和收集路徑的焦點間產生一對一或“雙射”關系，從而有效地消除失焦信號。

BICI配置

該項目團隊指出，現有的高分辨率系統通常利用緊密聚焦的光來相對增加來自焦點的信號以減少失焦信號的影響，但在BICI中由于兩個光路之間產生的直接相關性而完全不存在失焦信號，因此不會影響深度范圍。

“與最先進的成像技術相比，BICI可以將高分辨率成像的范圍擴大12倍以上。”項目合作伙伴皇后大學(Queen's University)的Majid Pahlevani說。“與傳統成像技術不同，在BICI中，入射到目標的光和從目標收集的光通過納米結構沿深度分布，使得在目標組織的大深度上保持高分辨率成像成為可能。”

BICI分辨率和焦深測量

用于實時診斷的癌細胞成像

將BICI集成到傅立葉域近紅外OCT系統后，可在體外條件下拍攝豬肺氣道組織結構的圖像。根據Nature Photonics報道，研究結果顯示“3.2微米的橫向分辨率在1.25毫米的成像深度上幾乎保持不變，與使用具有相同橫向分辨率的理想高斯光束獲得的成像焦深相比，其成像焦深約擴大了12倍。”

BICI與常規方法的組織成像比較

BICI在實際應用中的一個關鍵優勢是它不會帶來任何新的計算挑戰。根據Majid Pahlevani的說法，這在活體動物成像中是一個優勢。

“計算密集型技術導致成像緩慢，這并不適合活體成像。”Pahlevani說道，“活體患者的器官不是靜止的，而是活動的，這會在成像中產生偽影。因此，活體成像需要快速技術。”

在OCT上證明了其價值后，BICI也應適用于其他模式，可能有助于癌細胞和相關細胞間機制的成像，以進行實時癌癥診斷。

“雖然在這項工作中BICI應用于OCT，但基本概念是通用的，可能適用于各種成像模式，例如共聚焦顯微鏡和雙光子顯微鏡。”項目團隊說。

原文標題：基于超表面的雙射照明收集成像系統實現三維高分辨率層析成像

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審核編輯：湯梓紅