哈工大：新型生物光学显微镜成像技术 ATM 获重要进展

IT之家7月18日消息 据哈尔滨工业大学官方发布，物理学院王健副教授在最新一期国际光学权威期刊《光学》（Optica）上以 “艾里光束层析成像显微镜”（Airy-beam Tomographic Microscopy）为题发表最新研究成果，提出一种基于艾里光场的新型无扫描、高分辨、三维显微成像技术 ATM，并成功应用于生物细胞成像。《光学》（Optica）是美国光学学（OSA）的旗舰期刊，王健副教授是论文第一作者和共同通讯作者。

高斯分布光场经过频域调制后可以产生具有无衍射、自修复、自加速特性的艾里光束。光束的无衍射特性有助于提升光学成像的分辨率；自修复特性可降低光束透过介质的散射影响，提高成像信噪比；自加速特性可实现光束在自由空间的横向自弯曲传播。将上述特性综合应用，该团队提出一种独特的基于二维投影图像重建的三维显微成像方法 ATM（见图 1），仅通过改变调制器上的图案，即可以重建高分辨三维目标图像，无需机械扫描。

图 1 ATM 成像原理

IT之家获悉，ATM 成像过程包括艾里光束的传播调控、PSF 调控以及投影重建算法等多项创新技术，通过频域的 Chirp 处理增大焦面单侧方向的传播距离，抑制光束旁瓣对成像分辨率的影响。粒子成像实验表明，在 40 倍物镜下该技术的横向分辨率为 400-700nm，深度分辨率 1-2 微米。

文章中利用该技术对小鼠肾细胞中的肾管和肾小球进行了观测（见图 2），相比于传统 z 扫描成像技术，ATM 技术具有信噪比高、无需机械扫描即可实现深视场（10 微米以上）成像等优势。结合艾里光束三维重建成像算法，ATM 横向分辨率接近光学衍射极限，深度方向实现超分辨。该技术有望在其它三维成像技术中获得应用。

图 2 （a）肾管的传统 z 扫描成像；（b）肾管的 ATM 成像；（c）、（d）肾管 ATM 成像三维结构图和切面图；（e）肾小球的双色 z 扫描成像（上 568nm；下 488nm）；（f）肾小球的双色 ATM 成像（上 568nm；下 488nm）；（g）双色合成图像；（h）图（g）中管状结构放大图；（i）、（j）、（k）管状结构三个维度的半

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