华盛顿特区，2023 年 8 月 24 日 — 尽管 3D 成像技术对于研究厚生物样本非常有用，但实现 3D 图像的高速采集和高分辨率的挑战仍然存在。强度衍射断层扫描 (IDT) 是一种无标记相位断层扫描技术，可以帮助克服 3D 成像中的这些限制。 

波士顿大学 (BU) 的研究人员开发了两种新的 IDT 方法——环形 IDT (aIDT) 和多路 IDT (mIDT)——以提高 3D 成像技术中的图像采集速度。环形 IDT 使用与物镜数值孔径 (NA) 相匹配的 LED 环。多路 IDT 使用多个 LED 同时照亮样品。两种 IDT 方法均可提高 3D 成像速度，足以实现动态生物样本的可视化。 

研究人员发现，由于使用高数值孔径物镜，现有的 IDT 重建算法不能很好地与 aIDT 和 mIDT 技术配合使用。为了规避这个问题并优化 aIDT 和 mIDT 技术，研究人员开发了一种新算法。 

新算法使用基于分步非近轴（SSNP）方法的多重散射模型，该方法最初是为了克服光学衍射断层扫描中的类似限制而开发的。该算法从活体样本中捕获复杂的 3D 光散射信息，恢复表现出多种类型光散射的生物样本的 3D 折射率分布。 

研究人员将新算法与 IDT 相结合来表征厚生物样本。他们使用IDT重建算法和aIDT对颊上皮细胞进行成像，可以轻松区分不同深度的细胞，重建细胞边界和细胞膜，并可视化细胞周围的原生细菌。 

研究人员还使用 mIDT 算法对厚的、多散射的、活的线虫胚胎进行成像。由此产生的重建图像显示了蠕虫如何折叠的细节，单深度横截面显示了细胞轮廓、颊腔和蠕虫尾部的形态细节。

为了执行 IDT，可以将可编程 LED 阵列轻松添加到标准显微镜中。 

总体而言，BU团队的实验表明，通过将SSNP方法扩展到IDT，可以获得大视场的高质量3D图像。 

用于生物样品 3D 成像的另一种方法是定量相位成像 (QPI)，这是一种通过仅强度测量对未标记生物样品进行定量体积折射率重建的技术。 

领导aIDT、mIDT和IDT重建算法开发团队的BU研究员朱家贝表示：“3D定量相位成像（QPI）在生物医学成像领域的各种应用中具有卓越的功能。作为一种无标记技术，QPI 可以对透明的活体和细胞进行成像，而无需使用外源造影剂和染料，这些造影剂和染料会引起光毒性效应，从而损坏样品。 

“与传统相差显微镜和微分干涉显微镜相比，QPI不仅提供高对比度的形态信息，还提供定量的相位信息，”朱说。“具体来说，3D QPI 可以提供样品内部的高分辨率 3D 折射率分布。这些有价值的信息可以促进血液学、神经学和免疫学的研究，帮助疾病和感染的诊断。” 

Zhu 在 8 月 14 日至 17 日于波士顿举行的光学成像大会上介绍了 BU 研究人员在 IDT 领域的工作。