Attentional Ptycho-Tomography (APT) for three-dimensional nanoscale X-ray imaging with minimal data acquisition and computation time
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) Centre（新加坡-麻省理工研究与技术联盟（SMART）中心）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
针对纳米级三维X射线成像扫描与计算量大的问题，提出融合IC图案先验与X射线传播物理的注意力叠层断层扫描APT，角度减12倍仍达金标准保真度，总数据采集与计算量降108倍且可推广至其他纳米成像领域。
2022-11-29 cs.LG eess.IV physics.optics
Amplified Dispersive Optical Tomography
光学相干断层扫描（OCT）已被证明是一种强大的技术，用于研究组织形态学在眼科，心脏病学和显微内镜。它的性能受到成像灵敏度和采集速度之间的基本权衡的限制-这是几乎所有成像系统中常见的困境。在本文中，我们规避这一限制，通过使用分布式拉曼后放大的反射从样品。我们将放大与同时进行的色散傅里叶变换相结合，这是一个将光谱映射成易于测量的时域波形的过程。拉曼放大使得能够测量被噪声掩埋的弱信号。它扩展了深度范围，而不会牺牲采集速度或对样品造成损坏。作为概念的证明，单次激发成像与15 dB的轴向扫描速率为36.6 MHz的灵敏度提高证明。
2008-02-27 physics.med-ph physics.optics
Systems and Methods for the Spectral Calibration of Swept Source Optical Coherence Tomography Systems
本论文的研究工作是将扫频光源光学相干层析成像系统的发展水平提高到一个新的领域，使图像采集速度提高一个数量级。借助更高质量的成像技术，加速因素将大大缩短眼科检查的临床访问，从而改善患者和医生的互动体验。这些改进将直接降低全球眼科诊所和患者的相关医疗成本。存在与光学相干层析成像（OCT）密切相关的几个其它实施例，其可以受益于本论文中提出的思想，包括：光学相干显微术（OCM）、全场OCT（FF-OCT）、光学相干弹性成像（OCE）、光学相干断层扫描血管造影术（OCT-A）、解剖OCT（aOCT）、光学相干光声显微术（OC-PAM）、微光学相干断层扫描（$μ$ OCT）等。OCT技术的每一次新迭代总是伴随着使用混合信号架构、校准和信号处理技术的高级信号处理和数据采集算法而出现。针对数据采集、处理和图像创建的现有工业实践依赖于传统的信号处理设计流程，其广泛地采用既耗时又昂贵的连续/离散技术。本文提出的思想可以将该技术带到服务质量的一个新的维度。
2019-12-02 eess.IV physics.ins-det physics.med-ph
Direct tomography of high-dimensional density matrices for general quantum states of photons
量子态层析成像是用于表征一般量子态的密度矩阵的常规方法。然而，数据采集时间通常与希尔伯特空间的维度成线性比例，阻碍了对高维量子系统进行动态监测的可能性。在这里，我们展示了一种直接断层扫描协议，通过使用偏振分辨相机来测量位置基础上的光子的密度矩阵，其中在我们的实验中，密度矩阵的尺寸可以大到580 $\times$ 580。偏振分辨相机的使用使得能够在位置和偏振的基础上进行并行测量，因此，我们的协议的数据采集时间不会随着希尔伯特空间的维度而增加，并且仅由相机曝光时间（大约10 ms）确定。我们的方法是潜在的有用的实时监测的动态量子态和铺平了道路，为发展高维，时间效率高的量子精密测量技术。
2021-07-23 physics.optics quant-ph
Fast Ptychographic Near-Field Computed Tomography
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Institute of Biomedical Engineering, Technical University of Munich（慕尼黑生物医学工程研究所）；Helmholtz-Zentrum Hereon（赫姆霍兹海雷恩中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)（德国电子同步加速器）；Diamond Light Source Ltd（钻石光源有限公司）；University of Oxford（牛津大学）
该研究提出环境条件下运行的可调几何近场叠层衍射装置，通过飞转式运动将扫描开销降11倍，搭配20微米级样品研磨机，缩短了近场X射线纳米断层扫描的时间与制备难度，推动其在生物研究中的应用。
2026-08-10 physics.optics
Multiple scattering suppression for in vivo optical coherence tomography measurement using B-scan-wise multi-focus averaging method
本研究针对体内光学相干断层扫描的多重散射噪声问题，提出结合电可调透镜逐帧调焦采集与复值散焦校正平均的方法，经体模和活体小鱼实验验证可有效降噪。
2024-12-12 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Numerical speckle reduction for optical coherence tomography based on an analytical image formation model
University of Tsukuba（筑波大学）；Institute of Medicine, University of Tsukuba（筑波大学医学研究院）
本文提出基于散射体模型和OCT成像公式的数值斑点减少方法，通过移位复共轭积实现斑点模式的数字调制，提升图像质量。
2026-09-02 physics.optics
Localization optoacoustic tomography
基于定位的成像彻底改变了荧光光学显微镜，也使前所未有的超声图像的微血管结构在深部组织。在这里，我们介绍了一个新的概念，定位光声断层扫描（LOAT），采用快速连续采集三维光声图像从流动的吸收颗粒。我们表明，新方法能够突破声衍射的空间分辨率障碍，同时进一步提高了有限视角层析成像条件下结构的可见性。鉴于光声对多种血液动力学和氧合参数的固有敏感性，LOAT可能使研究微循环的功能和解剖学改变的性能达到新的水平。
2017-07-07 physics.bio-ph physics.optics
Beyond multi-view deconvolution for inherently-aligned fluorescence tomography
在多视图荧光显微镜中，每个角度采集都需要小心对准，以获得最佳的体积重建。在这里，相反，我们提出了一个整洁的协议的基础上自相关反演，直接导致形成固有的对齐断层扫描。我们的方法生成锐利的重建，具有相同的精度达到亚像素对齐后，但改进的点扩散函数。该过程可以与反卷积同时执行，进一步提高重建分辨率。
2021-02-15 eess.IV physics.comp-ph physics.med-ph
Motion rejection and spectral unmixing for accurate estimation of in vivo oxygen saturation using multispectral optoacoustic tomography
提出一种基于超快超声图像门控抑制呼吸运动伪影并直接评估像素噪声以剔除噪声主导像素的两步图像处理方法，显著提升了多光谱光声断层成像对深部组织氧饱和度的估计精度。
2023-09-15 eess.IV physics.med-ph physics.optics
High signal-to-noise ratio reconstruction of low bit-depth optical coherence tomography using deep learning
在数据采集和远程医疗中，减小位深是降低光学相干层析成像系统成本、提高传输效率的有效途径。然而，低的位深会导致检测灵敏度的退化，从而降低OCT图像的信噪比（SNR）。在本文中，我们建议使用深度学习从低位深度采集重建高SNR OCT图像。通过将该方法应用于12位干涉条纹的量化$3\sim8$位数据，初步评估了其可行性。我们采用了一个像素到像素的生成对抗网络架构，在低到高位深OCT图像过渡。本研究使用了一台自制的光谱域OCT系统对一名健康受试者的视网膜OCT数据进行测量。广泛的定性和定量结果表明，这种基于深度学习的方法可以显着提高低比特深度OCT图像的信噪比，特别是在脉络膜区域。当位深为$\geq 5$时，重建图像与原始12位OCT图像之间的相似性和信噪比可以得到更好的结果。这项工作表明，OCT和深度学习的适当整合可以使低资源环境下的医疗保健发展受益。
2020-02-11 eess.IV physics.optics
Real-time High-Resolution Mid-infrared Optical Coherence Tomography
自20世纪90年代初该技术开始以来，已知通过使用越来越长的波长光源来提高光学相干断层扫描系统的穿透深度的潜力。然而，中红外光学相干层析成像的发展长期以来一直受到该光谱区域中光学元件的成熟度和保真度的挑战，导致采集速度慢，灵敏度低，轴向分辨率差。在这项工作中，中红外光谱域光学相干层析系统工作在4微米的中心波长与轴向分辨率为8.6微米的演示。该系统通过高亮度0.9-4.7微米中红外超连续光源实时产生2D横截面图像，该光源具有1 MHz脉冲重复率用于照明和从3.58-4.63微米到820-865 nm的超过1微米带宽的宽带上变频，其中标准800 nm光谱仪可用于快速检测。将中红外系统产生的图像与最先进的超高分辨率近红外光学相干层析成像系统在1.3 μm处提供的图像进行了比较，并讨论了该技术的潜在应用和适用于该技术的样品。在这样做的过程中，第一个实用的中红外光学相干断层扫描系统被证明，在实时无损检测中的缺陷和厚度测量的样品，是太高的散射在较短的波长检查的直接应用。
2019-03-14 physics.optics
High Resolution, Deep Imaging Using Confocal Time-of-flight Diffuse Optical Tomography
组织的光散射严重限制了人们可以在表面之下成像的深度，以及人们可以从这些图像中获得的空间分辨率。扩散光学层析成像（DOT）是用于在组织内部深处成像的最强大的技术之一--远远超出了弹道成像技术（例如共焦和双光子显微镜）所能容忍的常规$\sim$ 10-15平均散射长度。不幸的是，现有的DOT系统是有限的，只能实现厘米级的分辨率。此外，它们遭受缓慢的采集时间和缓慢的重建速度，使得实时成像不可行。我们表明，飞行时间扩散光学层析成像（ToF-DOT）和它的共焦变体（CToF-DOT），通过利用光子的旅行时间信息，使我们能够实现毫米空间分辨率的高度散射扩散制度（$> 50 $平均自由路径）。此外，我们展示了两个额外的创新：聚焦共焦测量，和多路复用的照明源，使我们能够显着减少测量采集时间。最后，我们依赖于一种新型的卷积逼近，使我们能够开发一种快速重建算法，与传统DOT重建技术相比，重建时间实现了100倍的$\times$加速。总之，我们相信这些技术进步是使用DOT实现实时、毫米分辨率、深层组织成像的第一步。
2021-05-27 eess.IV physics.optics
Computational time-of-flight diffuse optical tomography
通过强扩散介质成像仍然是一个突出的挑战，特别是在生物和医学成像的应用。在这里，我们提出了一种基于单光子飞行时间相机的方法，该方法允许结合空间和全时间光子分布数据的计算处理，对嵌入在超过80个传输平均自由路径的强扩散介质内的对象进行成像。该技术是非接触式的，需要一秒钟的采集时间，从而允许Hz帧速率成像。成像深度对应于几厘米的人体组织，并允许执行深部成像，这里作为原理证明进行演示。
2020-02-13 physics.bio-ph physics.optics
Neural-network based high-speed volumetric dynamic optical coherence tomography
本研究提出一种基于深度学习的动态OCT方法，仅用四帧图像生成高质量LIV图像，并通过定制损失函数提高准确性，实现6.55秒/体积的快速体积成像。
2025-03-26 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Quantum Optical Coherence Tomography using two photon joint spectrum detection (JS-Q-OCT)
量子光学相干层析成像（Q-OCT）是光学相干层析成像（OCT）的非经典对应物-一种基于白光干涉的高分辨率3D成像技术。由于Q-OCT使用频率纠缠光子对的源，因此不仅轴向分辨率不受干涉仪中的色散失配的影响，而且还固有地提高了2的平方根的因子。不幸的是，Q-OCT的实际应用受到图像扰乱伪影和缓慢采集时间的阻碍。在这里，我们提出了一种新的方法，是免费的这些问题的理论分析：Q-OCT与联合频谱检测（JS-Q-OCT）。基于标准Q-OCT配置中的光子对符合检测，它还通过它们的波长辨别每个光子对。我们表明，所有的信息有关的内部结构的对象是编码在联合频谱，可以很容易地通过傅立叶变换检索。没有深度扫描是必需的，使我们的技术可能比标准的Q-OCT更快。最后，我们表明，在联合频谱中的数据，使文物去除和讨论这样做的前瞻性算法。
2020-05-27 physics.optics quant-ph
Refractive index tomography with structured illumination
这项工作介绍了一种新的重新解释结构照明（SI）显微镜相干成像，允许三维成像的复折射率（RI）。要做到这一点，我们表明，相干SI在数学上相当于叠加的角度照明。由此可见，标准SI增强的定量相位图像的原始采集可以被处理成复杂的电场图，描述成角度照明下的样品衍射。然后，标准衍射层析成像（DT）计算可以用于以亚衍射分辨率重建样品3D RI分布。我们证明了这一概念，通过使用SI定量相位成像系统计算重建三维RI分布的人乳腺癌（MCF-7）和结肠直肠癌（HT-29）细胞。我们的实验装置使用空间光调制器在样品处产生结构化图案，并使用没有移动组件的共路径离轴干涉配置收集角度相关的样品衍射。此外，该技术有望与SI荧光显微镜轻松配对，未来重要的扩展可能包括多峰，亚衍射分辨率，3D RI和荧光可视化。
2017-02-12 physics.bio-ph physics.optics
Multi-channel swept source optical coherence tomography concept based on photonic integrated circuits
本文提出了一种基于光子集成电路的多通道扫频光源光学相干层析成像系统。该概念的核心是低损耗偏振相关路径路由方法，与先前示出的基于PIC的OCT系统相比，该方法允许更低的过量损耗，从而促进测量单元的并行化。作为低损耗路径路由的概念证明，实现了在840 nm处操作的基于氮化硅PIC的单通道扫频源OCT系统，并用于获取人视网膜的体内断层图像。PIC的制造是通过CMOS兼容的等离子体增强化学气相沉积完成的，以允许未来与光电二极管和读出电子器件的单片共集成。使用所实现的光子构建块的结果的性能分析示出了与具有相同信噪比的理想无损单通道系统相比，多通道系统的采集速度的潜在十倍增加。
2020-10-15 physics.app-ph physics.optics
High-throughput intensity diffraction tomography with a computational microscope
我们展示了一种无运动的强度衍射层析成像技术，使直接反演的3D相位和吸收强度仅测量弱散射样品。我们推导出一种新的线性前向模型，具有切片的相位和吸收传递函数，使用角度照明。这种新的框架有利于灵活和有效的数据采集，使照明角度的任意采样。重建算法执行3D合成孔径使用一个强大的，计算和存储器高效的切片反卷积，以实现分辨率不相干的限制。我们展示了我们的技术与厚的生物样品具有稀疏的三维结构和密集的细胞簇。我们进一步研究我们的技术的局限性时，成像强散射样品。成像性能和多重散射的影响进行评估，使用3D样品组成的堆叠相位和吸收分辨率的目标。这种计算显微镜系统直接建立在一个标准的商业显微镜与一个简单的LED阵列源插件，并承诺广泛的应用，利用无处不在的显微镜平台，以最小的硬件修改。
2018-04-09 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Dynamic Full-Field Optical Coherence Tomography module adapted to commercial microscopes for longitudinal in vitro cell culture study
动态全视场光学相干断层扫描（D-FFOCT）最近成为一种无标记成像工具，能够分辨3D活体样品中的细胞类型和细胞器，同时以数十毫秒的分辨率监测它们的活动。在这里，D-FFOCT模块设计，它可以耦合到一个商业显微镜与一个阶段顶部孵化器，允许非侵入性的无标记纵向成像在几分钟到几周的时间内对同一个样本。对人类诱导多能干细胞衍生的视网膜类器官进行长期体积成像，突出显示组织和细胞组织以及细胞形状，运动性和分裂。视网膜外植体的成像突出了单一的3D锥和杆结构。一个最佳的工作流程，数据采集，后处理和保存的证明，导致在时间增益因子为10相比，现有技术的最后，一种方法来增加D-FFOCT的信噪比证明，允许快速类器官筛选。
2023-01-30 physics.med-ph physics.optics q-bio.QM
