光子技术的进步增强了成像技术

Optica 基金会今天发布了由其20周年挑战赛资助的医疗保健工作的详细信息。这项新资助的研究将解决微分干涉相差 (DIC) 显微镜的潜力、光学相干断层扫描 (OCT) 的可访问性和便携性，以及合成波长全息术 (SWH) 的适用性，这是一种通过光散射材料(如人体皮肤)成像的方法.

“成像领域从光子学的进步中受益匪浅，”西班牙 ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques 和 20 周年挑战评选委员会成员 Majid Ebrahim-Zadeh说。“挑战接受者正在进行的研究致力于解决当今成像中的痛点，包括效率和可访问性。我们希望这些努力能够推动这一关键领域的持续研究和进步。”

20 周年挑战的医疗保健倡议包括以下内容：

透明微粒和癌细胞成像

Guangwei Hu，南洋理工大学，新加坡

基于计算平面光学的单次、各向同性和微型化微分干涉相衬 (SIM-DIC) 显微镜

研究执行摘要

光学显微镜提供了一种对微小样品(甚至是透明样品)进行成像的方法，以在 3-D 中实时跟踪它们的运动。为了今天实现这一目标，研究人员部署了一个庞大的系统，例如微分干涉对比显微镜，由于方向敏感性，一次测量一个维度的元素。然而，新加坡南洋理工大学的 Guangwei Hu 正在努力改变这种方法。

为了解决当前光学显微镜方法的缺点，Hu 的研究提出使用平面光学元件或超表面来创建更小、更高效、更强大的系统。通过利用硅纳米结构作为基础，计划中的系统将被设置为同时执行多种功能，包括聚焦阶段、偏振复用和各向同性边缘检测——所有这些都在 3-D 中——通过一个可能连接的便携式设备与标准的消费电子产品。

“我正试图用基于超表面的新型先进光学元件彻底改变现有的显微技术，”胡解释道。“这是一种新的交叉，真正将显微成像系统与超表面融合在一起。”

Hu 已经对他的方法背后的基本限制和原则进行了初步研究，并开发了用于测试的设计。他计划从显微镜系统的演示开始，胡希望在六个月内在癌细胞的生物样本上运行该系统。

“最终目标是医疗保健研究人员和从业者可以拥有一个模块，他们甚至可以将其放在手机上进行成像，”胡说。“归根结底，所提出的单次、各向同性和小型化 DIC 系统便携且操作简单，因为它本质上只是一个非常精细的镜头。”

用于疾病检测的便携式 OCT 平台

Xingchen Ji，上海交通大学，中国

使用低损耗氮化硅平台开发低成本、便携式、集成的 OCT 系统

光学相干断层扫描 (OCT) 是一种非侵入性成像方式，每年可为超过 3000 万次扫描提供高分辨率的组织图像。然而，由于系统元素的复杂性、购买和维护成本过高以及其庞大的尺寸，该产品的可访问性受到限制。但是来自中国上海交通大学的 Xingchen Ji 的新努力有望开发出一种既便携又低成本的替代 OCT 系统。

“我的建议是开发一种便携式、低损耗的 OCT 系统原型，它基于硅光子学，更具体地说，是基于氮化硅，”Ji 分享道。“这样一来，传统 OCT 系统的所有元素都可以由单个平台、整个系统而不是单个部分涵盖。如果这个想法成功，我们将能够将 OCT 系统的尺寸和成本降低几个数量级。”

Ji 解释说，他的第一步是优化制造工艺，然后设计系统的光源、干涉仪和光谱仪组件。他希望在三个月内展示支持系统设计的低损耗平台，到六个月后，他们将能够获取 OCT 图像。一年后，Ji 渴望拥有一个工作原型。

“我们在这里试图做的是让 OCT 广泛普及。一旦我们拥有小型化系统，我们就可以将每台设备的成本降低到 1,000 美元或更低。我什至可以想象有一天你会在家里有一台，你可以将图像传输到云端，这样医生就可以查看它们，而不必去医院、办公室或诊所，”Ji 说。