西安光機所在計算光學(xué)顯微成像研究方面取得新進展

長安星辰 · 發(fā)表于 2022-10-12 22:47:24

12日，記者從中科院西安光機所了解到，該所在計算光學(xué)顯微成像研究方面取得新進展，研究團隊提出了顏色遷移濾波傅里葉疊層顯微術(shù)，在快速成像的同時保持了高精度彩色成像的優(yōu)勢，使得結(jié)果能夠被病理學(xué)家可用可接受，特別是對時間敏感的術(shù)中病理，具有重要的應(yīng)用前景。

使用光學(xué)顯微鏡進行病理切片檢查是癌癥診斷的“金標準”。傳統(tǒng)的數(shù)字病理學(xué)常常使用高倍物鏡和掃描拼接的方法來獲得大視場、高分辨率圖像，高精密電動位移臺、高倍物鏡、脈沖光源等組件價格昂貴，提高了儀器設(shè)備的成本，大量的機械運動也會減緩成像的時間效率。同時，高倍物鏡帶來的景深狹小和機械掃描拼接帶來的偽影、重影、失敗問題等也降低了成像的質(zhì)量。

傅里葉疊層顯微術(shù)（Fourier ptychographic microscopy, FPM）發(fā)明于2013年，使用低倍物鏡獲得天然的大視場，通過多角度掃描方式采集一組低分辨率圖像，在頻域中迭代重構(gòu)高分辨率的結(jié)果，無需機械掃描就能獲得高分辨率、大視場圖像，有效地解決了傳統(tǒng)掃描成像的質(zhì)量問題，突破了傳統(tǒng)顯微成像中分辨率與視場之間的矛盾關(guān)系，使得在數(shù)字病理學(xué)中實現(xiàn)高通量成像成為可能。

全彩色FPM成像對于分析標記的組織切片至關(guān)重要。傳統(tǒng)掃描拼接依托彩色相機速度很快，盡管FPM技術(shù)在單通道下有高通量優(yōu)勢，但是彩色化下使用傳統(tǒng)的RGB序列照明合成則會縮小3倍通量，因此如何在保持精度的同時提高彩色化效率，保持高通量的優(yōu)勢，突破精度與效率的矛盾關(guān)系是主要的科學(xué)問題。

2021年潘安、馬彩文、姚保利團隊提出了一種稱為顏色遷移傅里葉疊層顯微術(shù)（CFPM）的方法，以幾乎無精度損失的情況下將效率提高了3倍。由于缺乏對顏色傳遞過程中空域信息約束，該方法無法恢復(fù)多色染料染色的復(fù)雜樣品，且極大依賴GPU的并行計算。因此，團隊提出了一種改進的FPM全彩色成像算法，稱為顏色遷移濾波傅里葉疊層顯微術(shù)（CFFPM）。該方法將交疊分塊、三邊濾波與全彩色FPM遷移學(xué)習(xí)模型相結(jié)合，有效地匹配了最合適的顏色傳遞像素和濾除了雜色，進一步通過迭代在兩個色彩空間的顏色精煉，從而徹底克服了CFPM的重要缺陷，在快速成像的同時保持了高精度彩色成像的優(yōu)勢，使得結(jié)果能夠被病理學(xué)家可用可接受，特別是對時間敏感的術(shù)中病理，具有重要的應(yīng)用前景。

此外，CFFPM無需GPU加速，由于其低成本硬件要求，可廣泛推廣到實際應(yīng)用中，為計算光學(xué)成像在數(shù)字病理學(xué)中的臨床應(yīng)用提供了新思路。

西安報業(yè)

來自安卓APP客戶端