Imaging the noncentrosymmetric structural organisation of tissue with Interferometric Second Harmonic Generation microscopy
我们报告的成像肌腱，结缔组织富含胶原蛋白I型蛋白，干涉二次谐波发生（I-SHG）显微镜。我们观察到，沿纤维轴向的非中心对称结构组织可保持在150 μm以上，而在横向上的非中心对称结构组织约为1-15 μm。这些结果解释建模肌腱作为一个非均匀分布的非中心对称的nanocylinders（胶原纤维）沿原纤维轴取向。非中心对称结构组织在几十微米范围内的保存表明，肌腱是由在一个方向上取向的原纤维所占的比例大于另一个方向的区域组成的。
2012-12-21 physics.bio-ph physics.optics
Exploring the role of sample thickness for hyperspectral microscopy tissue discrimination through Monte Carlo simulations
该研究针对多光谱/高光谱显微领域样品厚度被忽视的问题，通过蒙特卡洛模拟分析不同组织的未染色样品厚度影响，发现约500微米厚样品可提升组织鉴别能力，为优化样品制备以增强诊断准确性提供依据。
2025-07-29 physics.bio-ph physics.optics
Phase gradient microscopy in thick tissue with oblique back-illumination
相位对比技术，如微分干涉对比（DIC）显微镜，被广泛用于提供未染色的生物样品的形态学图像。这些技术所需的透射照明几何形状限制了它们对薄样品的应用。我们介绍斜背照明显微镜（OBM），收集厚散射样品的正面相位梯度图像的方法，使近视频速率在体内相位成像与适合内窥镜检查的小型化探头。
2012-06-14 physics.optics
Three-Dimensional Virtual Histology in Unprocessed Resected Tissues with Photoacoustic Remote Sensing (PARS) Microscopy and Optical Coherence Tomography
组织学图像在癌症的诊断和治疗中至关重要。不幸的是，目前用于捕获这些显微镜图像的方法需要资源密集的组织制备，这将诊断延迟许多天到几周。为了简化该过程，临床医生仅限于评估小的宏观代表性组织子集。在这里，我们提出了一种组合的光声遥感（PARS）显微镜和扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT）系统，旨在规避这些诊断的局限性。所提出的多模态显微镜提供了无标记的三维深度分辨虚拟组织学可视化，直接在厚的未处理标本上捕获核和胞核组织形态。在未处理的福尔马林固定的切除组织中直接证明了所提出的方法的能力。在这里，我们提出了第一个图像的核对比度在切除的人体组织，和第一个三维可视化的次表面核形态在切除的老鼠组织，捕获与非接触式光声系统。此外，我们提出了第一个共同注册的OCT和PARS图像，使未经处理的组织的直接组织学评估。这项工作代表了一个重要的一步，实时组织学成像模式的发展，以规避目前的组织病理学技术的局限性。
2021-03-10 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Quantitative Histopathology of Stained Tissues using Color Spatial Light Interference Microscopy (cSLIM)
临床上的组织活检评估需要定量的疾病标志物用于诊断，最重要的是，预后。在这些新技术中，定量相位成像（QPI）已经证明了组织病理学的前景，因为它通过折射率揭示了内在的组织纳米结构。然而，绝大多数过去的QPI研究依赖于成像未染色的组织，这破坏了既定的标本处理。在这里，我们提出了彩色空间光干涉显微镜（cSLIM）作为一种新的整体载玻片成像方式，进行干涉成像与彩色探测器阵列。因此，cSLIM在单次扫描中产生病理学家熟悉的内在组织相位图和标准彩色明场图像。我们对196例乳腺癌患者的研究结果表明，cSLIM不仅可以提供诊断信息，还可以从肿瘤微环境中胶原纤维的排列中提供预后信息。通过简单的数学归一化校正染色对组织相位图的影响。这些特征可能会减少新cSLIM技术的临床转化障碍。
2018-06-10 physics.med-ph physics.optics q-bio.TO
Three-Dimensional Microscopy by Milling with Ultraviolet Excitation
三维生物样品的分析对于理解组织功能和疾病机制至关重要。许多慢性疾病，如神经退行性疾病和癌症，与复杂的组织变化相关，难以使用二维组织学进行探索。虽然三维技术，如共聚焦和光片显微镜是完善的，他们是耗时的，需要昂贵的仪器，并限于小组织体积。因此，三维显微镜在临床环境中是不切实际的，并且通常仅限于主要研究机构的核心设施。为临床医生和研究人员提供以细胞分辨率对大型三维组织体积进行常规成像的能力将有巨大的好处。在本文中，我们提出了一种成像方法，使快速和廉价的三维成像，可以很容易地集成到当前的组织学管道。该方法依赖于使用深紫外激发的石蜡包埋样品的块面成像。然后烧蚀成像表面以显露下一个用于成像的组织切片。最终的图像堆栈然后被对齐和重建，以提供超过现代三维成像系统可实现的深度和分辨率的组织模型。
2019-05-03 physics.bio-ph physics.optics
Evaluation and optimization of deep learning models for enhanced detection of brain cancer using transmission optical microscopy of thin brain tissue samples
针对脑组织活检光透射光谱人工判读的缺陷，本研究采用两阶段迁移学习结合数据增强，在2931张脑组织显微图像上评估ResNet50与DenseNet121，发现DenseNet121检测脑癌性能更优，为临床转化提供方向。
2025-05-16 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Measuring mechanical anisotropy of the cornea with Brillouin microscopy
承重组织通常由蛋白质纤维网络强化，通常具有优先取向。这种纤维结构赋予组织方向依赖性的机械性能，以支持特定的外部负载。为了准确地建模和预测组织的力学响应，必须在微观尺度上表征各向异性。以前，它一直难以测量的完整组织的机械性能非侵入性。在这里，我们使用布里渊光学显微镜可视化和量化的角膜组织在不同的长度尺度的各向异性的机械性能。我们推导出胶原纤维的层状网络的刚度张量，并使用角度分辨布里渊测量来确定纵向刚度系数（纵向模量）描述的离体猪角膜作为横向各向同性材料。最后，我们观察到显着的机械各向异性的人角膜在体内，突出了离轴布里渊显微镜的临床应用的潜力。
2022-03-01 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Finite-Difference Time-Domain simulations of transmission microscopy enable a better interpretation of 3D nerve fiber architectures in the brain
在许多实验室中，传统的明场透射显微镜可用于研究纤维组织样品的结构和组织原理，但它们通常仅提供2D信息。为了访问第三（平面外）维度，采用了更先进的技术。一个实例是3D偏振光成像（3D-PLI），其测量组织学脑切片的双折射以导出空间神经纤维取向。在这里，我们展示了如何利用透射显微镜测量中的光散射来获得有关纤维组织样本（如脑组织）的3D结构信息。为此，我们开发了一个使用时域有限差分（FDTD）模拟和高性能计算的模拟框架，该框架可以很容易地适应其他显微镜技术和具有可比纤维结构的组织类型（例如，肌肉纤维、胶原蛋白或人造纤维）。由于传统的明场透射显微镜通常只提供有关组织结构的2D信息，因此难以对几个切片上的纤维进行三维重建。通过将我们的模拟与实验研究相结合，我们表明偏振无关的透射光强度（透射率）包含3D信息：我们在几个实验研究中证明了不同物种（啮齿动物，猴子，人类）的大脑切片的透射率随着神经纤维的平面外角度的增加而显着降低（超过50%）。我们的FDTD模拟表明，这种减少主要是由于偏振无关的光散射结合有限的数值孔径的成像系统。这允许使用标准的透射显微镜技术来获得关于纤维倾斜的3D信息并检测陡峭的纤维，而不需要额外的测量。
2019-07-31 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Intensity-based Segmentation of Tissue Images Using a U-Net with a Pretrained ResNet-34 Encoder: Application to Mueller Microscopy
Florida International University（佛罗里达国际大学）；CNRS, École Polytechnique, IP Paris（法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎文理研究大学）
本文提出了一种基于强度的U-Net网络，利用预训练ResNet-34编码器对组织图像进行分割，应用于穆勒显微镜，实现了高精度的自动分割。
2026-02-10 eess.IV physics.app-ph physics.bio-ph
High-Resolution Dynamic Full-Field Optical Coherence Microscopy: Illuminating Intracellular Activity in Deep Tissue
Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（物理科学和技术中心）
本研究针对现有动态全场光学相干显微术难以在高散射组织深处高分辨成像的问题，研发出结合高倍油浸物镜、高亮度光源与实时参考臂调节的新系统，实现了更深层的无标记亚细胞结构成像，为生物显微研究与病理诊断提供新工具。
2025-08-05 physics.med-ph physics.optics
Automated grading and staging of ovarian cancer using deep learning on the transmission optical microscopy bright-field images of thin biopsy tissue samples
本文提出基于ResNet-101迁移学习与遗传算法超参数优化的深度学习框架，利用常规明场组织病理图像自动完成卵巢癌五分期，独立测试准确率达97.62%。
2025-05-15 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Mid-wave infrared photothermal microscopy for molecular and metabolic imaging in deep tissues and spheroids
Boston University（波士顿大学）
中波红外光热显微镜通过亚微米分辨率实现深部组织和肿瘤球形体中分子和代谢成像，利用碳-氘键过倍吸收技术提升对比度与深度分辨能力。
2026-03-06 physics.optics
Single Acquisition Label-free Histology-like Imaging with Dual Contrast Photoacoustic Remote Sensing Microscopy
重要性：组织的组织学分析是癌症和其他恶性肿瘤分级、分期、诊断和切除的重要工具。目前的组织病理学技术需要在用苏木精和伊红（H&E）染料染色之前对大量样品进行处理，以突出细胞核和细胞形态。样品制备和染色是资源密集型的，并且在样品制备期间引入了可变性的可能性。目的：我们提出了一种新的方法，使用双对比度光声遥感（PARS）显微镜系统的福尔马林固定石蜡包埋的组织块和薄组织切片的直接无标记的组织病理学评估。方法：为了模拟H&E染色的细胞核和细胞对比度，我们利用PARS系统的独特特性。在这里，PAARS显微镜的紫外激发利用DNA独特的光学吸收来提供类似于细胞核的苏木精染色的核对比。同时，利用PARS检测系统的光学散射对比度来提供与细胞膜的曙红染色类似的大量组织对比度。结果如下：我们通过分别对福尔马林固定、石蜡包埋的组织块和冰冻切片中的人乳腺组织和人皮肤组织进行成像来证明这种技术的有效性。显著的核和核外特征，如癌细胞、腺体和导管、脂肪细胞和基质结构，如胶原蛋白。结论.所提出的双对比度PARS显微镜能够实现组织的无标记可视化，其对比度和质量类似于当前组织病理学分析的金标准。因此，所提出的系统很好地定位于增强现有的组织病理学工作流程，直接在未染色的组织块和切片上提供组织学成像。
2021-02-20 eess.IV physics.med-ph physics.optics
High SNR 3D Imaging from Millimeter-scale Thick Tissues to Cellular Dynamics via Structured Illumination Microscopy
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Chinese Institute for Brain Research（北京脑科学与类脑研究所）；Shanghai Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海有机化学研究所）；Huaxia Imaging Technology Co., Ltd.（华厦成像科技有限公司）；State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室）
本文提出基于希尔伯特变换的HT-SHiLo算法，提升OS-SIM的信噪比和成像深度，实现高质量三维生物样本成像。
2024-12-07 physics.optics
Broadband model-based inversion enables optoacoustic microscopy beyond the acoustic diffraction limit
声学分辨率光声显微镜（AR-OAM）检索解剖和功能的对比度，从活组织的深度无法达到与光学显微镜。AR-OAM的成像性能已经通过提供高横向分辨率的图像重建算法而得到了提升，但最终受到声衍射的限制。在这项工作中，我们提出了一个新的基于模型的框架，有效地利用扫描对称性的高分辨率重建的AR-OAM图像。该模型准确地占空间脉冲响应和大的检测带宽的球形聚偏二氟乙烯传感器，这有利于显着优于合成孔径聚焦技术，通常采用在AR-OAM图像重建的图像对比度和分辨率。此外，基于L1范数正则化的重建能够分辨与其他方法无法区分的结构，这一点通过数值模拟以及体模和体内实验得到证实。所实现的性能证明了AR-OAM作为一种超分辨率成像方法的适用性，该方法能够突破声学衍射所施加的限制，从而为临床前和临床研究中光学不透明组织的显微镜检查开辟了前所未有的能力。
2020-10-21 physics.bio-ph physics.ins-det physics.med-ph
Integrated structural and functional optical imaging combining spectral-domain optical coherence and multiphoton microscopy
一个集成的显微镜，结合了不同的光学技术，同时成像证明。该显微镜使光谱域光学相干显微镜的基础上光学后向散射，和多光子显微镜的双光子荧光和二次谐波产生信号的检测。这种集成显微镜的独特配置允许同时采集解剖（结构）和功能成像信息，特别强调组织工程和细胞生物学领域的应用。此外，光谱特征的当代分析可以通过区分不同的组织成分来增强对比度。
2005-12-17 physics.med-ph physics.optics
Light-sheet microscopy in cancer pathology: current applications, clinical challenges and future perspectives
Maastricht University（马斯特里赫特大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；University of Florence（佛罗伦萨大学）；Maastricht University Medical Centre（马斯特里赫特大学医学中心）；GROW Research Institute for Oncology and Reproduction（GROW肿瘤与生殖研究所）；NUTRIM Research Institute for Nutrition and Translational Research（NUTRIM营养与转化医学研究所）
本文综述了光片荧光显微镜在癌症病理分析中的当前应用，并探讨其整合入临床流程以实现完整标本高通量三维成像，从而提升诊断精度和揭示肿瘤结构形态的潜力。
2026-10-30 physics.med-ph physics.optics
Virtual birefringence imaging and histological staining of amyloid deposits in label-free tissue using autofluorescence microscopy and deep learning
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所）；Fatih Sultan Mehmet Vakif University（法提赫·苏丹·穆罕默德·瓦克夫大学）；David Geffen School of Medicine at the University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院）；Hadassah Hebrew University Medical Center（哈达萨希伯来大学医学中心）；Keck School of Medicine, University of Southern California（南加州大学凯克医学院）
针对刚果红染色诊断淀粉样变性操作繁琐易误诊的问题，提出用深度学习将无标记组织自发荧光图转为等效明场/偏振光图像，实现虚拟双折射成像与染色，经心脏组织盲测和病理评估验证效果良好。
2024-03-14 cs.CV cs.LG eess.IV
Metabolic light absorption, scattering and emission (MetaLASE) microscopy
本研究提出新型MetaLASE显微镜技术，结合光声遥感与自发荧光成像，可同时提供虚拟组织学结构与代谢对比度，观测到癌组织等的代谢差异，有望用于术中分析及相关研究。
2024-08-19 physics.med-ph physics.optics
Leveraging Optical Anisotropy of the Morpho Butterfly Wing for Quantitative, Stain-Free, and Contact-Free Assessment of Biological Tissue Microstructures
该研究利用大闪蝶翅膀的光学各向异性，开发了免标记且非接触的Morpho增强偏振光显微镜（MorE-PoL）及基于琼斯计算的数学模型，实现了对纤维状生物组织微结构密度的定量分析，在乳腺癌组织检测中表现出稳健性与广泛应用潜力。
2024-05-30 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Coherent space-gated microscopy: a step towards deep-tissue phase imaging of biological cells
高分辨率光学显微镜在散射介质中具有低对比度，其中多次散射波掩盖了用于成像的弹道波。为了扩展成像深度，已经设计了各种选通操作-共焦、相干和偏振选通，以过滤掉多重散射波。然而，这些门控方法是不完美的，因为它们都作用于位于散射介质外部的检测平面。在这里，我们提出了一种新的门控方案，称为“空间”门控，它直接在散射介质内的物平面上拒绝多次散射波。具体来说，我们引入了一个30 $μ$米宽的声焦点的对象平面和重建的相干图像，只有与弹道波调制的声光相互作用。该方法可以滤除现有选通方法无法滤除的多次散射波，对于大于散射平均自由程20倍的散射介质，可以将弹道波与多次散射波的比值提高100倍以上。我们展示了前所未有的成像能力-完全嵌入在散射介质中的光学透明生物细胞的相位成像-具有1.5 $μ$ m的空间分辨率。
2018-11-07 physics.bio-ph physics.optics
Retinal fluorescence microscopy in artificial ophthalmic environment: the Humanized Phantom Eye
幻影眼装置被设计成模仿人眼的光学特性;然而，视网膜结构通常用合成组织来模拟。因此，目前不可能利用幻影眼装置对培养物或离体组织进行荧光显微镜实验，尽管这些眼科测量对于许多应用例如视网膜生物标志物的测试将是重要的。在这里，我们报告和描述了一个幻影眼的发展，旨在宿主生物样品，如视网膜培养分化的人诱导多能干细胞。我们表征了人源化幻眼在标准生物标志物如Alexa Fluor 532和Alexa fluor 594上的成像性能。
2022-11-22 physics.med-ph physics.optics
Scattering compensation through Fourier-domain intensity coupling in two-photon microscopy
针对生物组织散射限制光穿透深度且校正难的问题，本文提出2P-FOCUS系统，通过傅里叶域强度调制校正散射，无需引导星等，可突破记忆效应限制，显著增强荧光信号，实现深层组织成像，兼具多方面优势。
2025-02-10 physics.bio-ph physics.optics
Differentiable model-based adaptive optics for two-photon microscopy
Center of Advanced European Studies and Research (caesar)（欧洲高级研究中心 (caesar)）
当在生物组织等散射材料中成像时，像差限制了扫描荧光显微镜。用于自适应光学的基于模型的方法利用光学设置的计算模型。这种模型可以与机器学习框架的优化技术相结合，以找到像差校正，如将激光束通过像差聚焦到相机上所证明的那样[arXiv：2007.13400]。在这里，我们将这种方法扩展到双光子扫描显微镜。所开发的无传感器技术发现散射样品中的像差校正，并且将用于一系列成像应用，例如在脑组织中。
2021-04-29 cs.LG physics.optics
Light and Sound Driven Wavefront Shaping and Imaging through Scattering Tissue
Laboratoire Kastler Brossel, ENS-Universite PSL, CNRS, Sorbonne Université, Collège de France（卡斯勒布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-PSL大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西学院）；European Molecular Biology Laboratory（欧洲分子生物学实验室）；Nhu Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校电气与计算机工程阮部）
本文提出一种结合光声与荧光的双模成像方法，通过波前塑形和非线性反馈实现高分辨率和深穿透的生物组织成像。
2026-02-01 physics.optics
rSHG: Re-scan Second Harmonic Generation Microscopy
二次谐波发生显微镜（SHG）被公认为是组织和高级材料的无标记3D可视化的强大工具，其最受欢迎的应用之一是胶原成像。虽然巨大的需求，在超分辨二次谐波成像的进展落后于在过去几年中报道的基于荧光的光学纳米显微镜的发展。在这项工作中，我们定量显示胶原组织，通过结合二次谐波成像与再扫描显微镜分辨率，超过衍射极限与~ 1.4倍成为可用。除了重扫描二次谐波发生显微镜（rSHG），我们还展示了超分辨重扫描双光子激发荧光显微镜（rTPEF）。这两种技术通过修改再扫描共聚焦显微镜（RCM）来实现，保留其初始功能，从而导致多模式rSHG/rTPEF/RCM系统。由于再扫描显微镜的简单性和灵活性，我们认为，报告的结果可能会增加依赖于超分辨非线性光学成像的应用程序的数量和性质。
2022-07-07 physics.bio-ph physics.optics
Active Axial Motion Compensation in Multiphoton-Excited Fluorescence Microscopy
针对活体组织周期性运动造成的成像平面位移与像差，本文提出基于数学形状空间模型预测并由压电物镜支架实时调整焦平面的主动轴向补偿方法，并在血管体模上验证了大视场、大幅值非谐波运动补偿效果。
2024-01-19 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Implementation of reflection matrix microscopy: An algorithm perspective
本文从算法视角提出逻辑索引、幂迭代和低频阻断等反射矩阵处理新方法，将RMM的孔径合成、三维重建与像差校正速度提升数个数量级，并提供实现与实验数据以推动深部组织成像应用。
2024-07-02 eess.IV physics.optics
Multifocus microscopy with optically sectioned axial superresolution
多焦点显微镜能够在单次相机曝光中记录整个体积。在致密的样品中，多焦点显微镜会受到背景雾度的严重阻碍。在这里，我们介绍了一种可扩展的多焦点方法，采用光学切片，并提供轴向超分辨率的能力。在我们的方法中，抖动的倾斜光片在单次曝光期间扫描样品体积，而产生的荧光被线性化到具有多焦点光学元件的相机上。一个同步滚动快门读出实现光学切片。我们从理论上描述了该技术并验证了其光学切片和超分辨率能力。我们展示了一个原型系统与多焦点分束器级联和记录单层内皮细胞在35卷每秒。我们还对未清除的工程化人类心脏组织进行成像，并在轴向超分辨率下可视化线粒体的分布。我们的方法设法捕获亚衍射大小的源自于大肠杆菌的囊泡，深入组织达30 μ m。
2022-06-02 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Mesoscopic Light Localization and Inverse Participation Ratio Analysis of Tissue Structural Disorder for Optical Cancer Detection
Mississippi State University（密西西比州立大学）
本研究提出基于介观物理学的IPR框架，将光学显微图转化为组织结构异质性定量图谱，用于癌症组织成像以量化纳米至亚微米级结构改变，为癌症诊断提供可扩展的定量计算病理学平台。
2026-09-04 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Deep Imaging in Scattering Media with Single Photon Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM)
在大多数生物组织中，由于折射率的微小差异引起的光散射限制了光学成像系统的深度。双光子显微镜（2PM），它显着减少了激发光的散射，已成为最常见的方法来成像散射生物组织内的深处。然而，该技术需要高功率脉冲激光器，其既昂贵又难以集成到紧凑的便携式系统中。在本文中，使用理论和实验技术相结合，我们表明，选择性平面照明显微镜（SPIM）可以成像近2PM深，而不需要高功率脉冲激光。与其他单光子成像技术（如落射荧光和共聚焦显微镜）相比，SPIM可以在散射介质中成像超过两倍的深度（约为平均散射长度的10倍）。这些结果表明，SPIM有潜力提供散射介质中的深度成像的情况下，2PM系统将过于庞大或昂贵。
2016-04-23 physics.ins-det physics.optics
System- and Sample-agnostic Isotropic 3D Microscopy by Weakly Physics-informed, Domain-shift-resistant Axial Deblurring
本文提出SSAI-3D框架，通过生成PSF灵活、抗噪声的训练数据并稀疏微调预训练盲去模糊网络，实现系统和样本无关的稳健各向同性三维显微成像。
2024-06-10 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Detection of Proteoglycan Loss from Articular Cartilage using Brillouin Microscopy, with Applications to Osteoarthritis
骨关节炎（OA）是引起中老年人疼痛和残疾的主要原因，其关节软骨（AC）的变性是OA的主要表现。软骨细胞外基质（ECM）的早期疾病相关变化始于蛋白聚糖（PG）的耗竭，导致组织水合作用和渗透性增加。这些早期成分变化很小（<10%），因此难以用传统的非侵入性成像技术（磁共振和超声成像）进行记录。在这里，我们应用布里渊显微镜检测猪AC的机械性能和组成的变化。OA样降解是模仿酶组织消化，我们比较布里渊显微镜测量对组织学染色的PG消耗在不同的消化时间和酶浓度。布里渊成像技术的非破坏性特性为创建用于OA诊断和治疗监测的微创关节镜器械开辟了新的途径。
2018-12-06 physics.bio-ph physics.optics q-bio.TO
Multiview Scattering Scanning Imaging Confocal Microscopy through a Multimode Fiber
共聚焦和多光子显微镜是获得大量组织内的2-D切片的高对比度图像的有效技术。然而，散射限制了它们的应用深度仅高达~1毫米。多模光纤是优秀的内窥镜，可以穿透组织深处，损伤最小。在这里，我们介绍了多视图散射扫描成像共焦（MUSSIC）显微镜，它可以通过多模光纤进行高信噪比（SNR）成像，从而将共焦显微镜的光学切片和分辨率增益与多模光纤的微创渗透能力结合起来。这里提出的关键进步是通过采用多个共面虚拟针孔来捕获对象的多个视角，适当地重新移动它们并将它们组合以获得高对比度和高分辨率的共焦图像，从而实现高SNR图像重建。我们提出了MUSSIC显微镜的对比度和分辨率增益的理论，并通过实验结果验证了这一概念。
2022-02-22 eess.IV physics.optics
Two-photon microscopy through scattering media harnessing speckle autocorrelation
Laboratoire Kastler Brossel, ENS–Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, College de France（卡斯勒-布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西学院）
本研究针对组织散射限制双光子显微镜深度成像的问题，结合光学记忆效应、散斑自相关技术与相位恢复算法，实现了散射层后方荧光物体的图像重建，为提升双光子显微镜透过散射介质的深度成像能力提供了新途径。
2025-05-19 physics.optics
Shot noise limited high speed stimulated Raman microscopy
我们报道了一个散粒噪声限制的高速受激拉曼显微镜平台，允许以40 kHz的扫描速率在\SI{12}{\micro \second}中获得\SI{200}{\per \cm}上的分子振动光谱。使用光谱聚焦以及优化的声光可编程色散滤波器，所设计的低噪声成像平台执行动态过程的化学成像，例如Mandarin晶体水合作用，并达到足以在冷冻的人结肠组织载玻片上执行无标记组织学成像的信噪比。
2019-05-28 physics.bio-ph physics.optics
MAD: Microenvironment-Aware Distillation -- A Pretraining Strategy for Virtual Spatial Omics from Microscopy
Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气工程与计算机科学系）；The Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院Wallace H. Coulter生物医学工程系）；H. Milton Stewart School of Industrial & Systems Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院H. Milton Stewart工业与系统工程学院）
MAD通过联合自蒸馏显微镜图像的形态视图和微环境视图，学习细胞中心嵌入，实现细胞亚型分类、转录组预测等任务的最先进性能。
2026-03-11 cs.AI cs.CV physics.optics
Upconversion nonlinear structured illumination microscopy
通过生物组织的视频速率超分辨率成像可以可视化和跟踪细胞有机体内的生物分子相互作用和运输。结构照明显微镜允许宽视场超分辨率观察生物样品，但受到生物组织对光的强吸收和光的散射的限制，这降低了其成像分辨率。在这里，我们报告了一个光子上转换方案，使用镧系元素掺杂的纳米粒子通过生物透明窗口的宽视场超分辨率成像，具有近红外和低辐照度的非线性结构照明。我们证明976 nm激发和800 nm上转换发射可以减轻像差。我们发现，从单个纳米粒子的上转换发射的非线性响应，可以有效地产生所需的高空间频率成分的傅立叶域。这些策略导致了显微镜的新模式，分辨率为130 nm，1/7的激发波长，帧速率为1 fps。
2020-02-14 physics.app-ph physics.bio-ph physics.comp-ph
Fast dynamic wavefront correction for multi-photon microscopy with a high resolution MEMS phase-only modulator
Medical University of Innsbruck（因斯布鲁克医科大学）
本研究利用高分辨率MEMS相位只调制器与快速收敛的散射补偿算法，实现多光子显微镜中复杂波前校正，提升成像深度与信号强度，展示出在小鼠脑组织中双光子和三光子激发荧光显微镜的自适应光学成像能力。
2026-04-20 physics.optics
Pixel super-resolved virtual staining of label-free tissue using diffusion models
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI)（加州纳米系统研究所）
本研究提出一种基于扩散模型和布朗桥过程的超分辨虚拟染色方法，显著提升了无标记组织图像的分辨率和保真度，为临床诊断提供了可靠的无化学染色新方案。
2025-06-30 cs.CV cs.LG eess.IV
Silicon nitride PIC beam formers for light sheet fluorescent microscopy
针对传统光片荧光显微镜设备复杂笨重的问题，提出基于氮化硅光子集成电路的紧凑光束成形器，通过波长控制实现光束转向，生成优化光片，模拟验证可行性，可提升成像可及性。
2025-05-25 physics.optics
Back-illumination interference tomography for imaging weak scattering in thick tissues
本文提出背向照明干涉层析（BIT）技术，利用半相干背向散射光在窄景深内的相位反转实现弱散射对比，并在血细胞和未染色人体组织中验证了其高分辨率三维成像能力。
2025-05-09 physics.optics
Computational Cannula Microscopy of neurons using Neural Networks
计算套管显微镜是一种微创成像技术，可以实现组织深处的高分辨率成像。在这里，我们应用人工神经网络来实现快速，节能的图像重建，更有效地扩展到更大的视野。具体而言，我们证明了宽视野荧光显微镜培养的神经元和荧光珠的视野为200 $μ$ m（直径）和分辨率小于10 $μ$ m使用的套管直径只有220 $μ$ m。此外，我们表明，这种方法也可以扩展到宏观摄影。
2020-01-04 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Automated Whole Slide Imaging for Label-Free Histology using Photon Absorption Remote Sensing Microscopy
PhotoMedicine Labs, University of Waterloo（滑铁卢大学光医学实验室）；illumiSonics Inc.（illumiSonics公司）
本文提出首台透射模式光子吸收遥感显微镜的自动化无标记全玻片组织学平台，可在40倍成像后保留样本可染色性，并用pix2pix实现全玻片H&E虚拟染色模拟。
2023-05-16 cs.CV cs.SY eess.SY
Optimizing and extending light-sculpting microscopy for fast functional imaging in neuroscience
系统生物学中的许多问题，例如理解神经元网络的动态如何与大脑功能相关，需要能够高速捕获大型细胞群的功能动态。最近，这推动了许多并行和高速成像技术的发展，例如光雕刻显微镜，其已被用于在小模型生物体中捕获全脑和单细胞水平的神经元动力学。然而，光雕刻显微镜的更广泛的适用性受到可以获得高速成像的体积的大小和在脑组织中的散射的限制。在这里，我们提出了优化目前的权衡在光雕刻显微镜的策略。在光雕刻显微镜的各种扫描方式进行了理论和实验评估，并提供了使用不同的激光系统，以最大限度地提高可获得的体积速度和深度穿透脑组织的策略。设计的选择，重要的参数和他们的权衡实验证明，通过执行钙成像急性小鼠脑切片。我们进一步表明，线扫描技术与滚动快门读出的相机的同步，可以减少散射的影响，并提高图像的对比度在深度。
2015-01-13 physics.optics
Fluorescence microscopy beyond the ballistic regime by ultrasound pulse guided digital phase conjugation
荧光显微镜在过去的三十年里彻底改变了生物医学研究。其高分子特异性和无与伦比的单分子水平灵敏度使各种研究领域取得了突破。对于体内应用，其主要限制是表面成像深度，因为生物组织中的随机散射导致光波的弹道分量的指数衰减。在这里，我们提出了超越弹道制度相结合的单周期脉冲超声调制和数字光学相位共轭的荧光显微镜。我们证明了近各向同性的三维局部声-光相互作用的成像深度高达十三个散射路径长度。由于数字光学相位共轭系统提供了极高的光学增益，我们可以为高散射介质内的焦点提供足够的光功率，不仅可以用于荧光显微镜，还可以用于各种线性和非线性光谱测量。这项技术为基础生物学研究和临床研究中的许多重要应用铺平了道路。
2012-03-20 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Spectro-temporal encoded Multiphoton Microscopy
双光子显微镜已成为生物和医学研究的宝贵工具，提供高灵敏度，分子特异性，固有的三维亚细胞分辨率和深层组织穿透。然而，就成像速度而言，机械扫描仪仍然将采集速率限制在通常每秒10-100帧。在这里，我们提出了一种高速非线性显微镜实现千赫兹帧速率采用脉冲调制，快速波长扫描激光器和惯性自由光束转向通过角色散。结合高带宽，单光子敏感探测器，我们实现了前所未有的速度每秒8800万像素的荧光寿命记录。我们展示了衍射限制，多模态，双光子荧光和荧光寿命（FLIM），显微镜和成像流式细胞术与数字可重构激光，成像系统和数据采集系统。这些前所未有的速度应该能够实现高速和高通量的图像辅助细胞分选。
2019-08-20 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Characterization of the angular memory effect of scattered light in biological tissues
高分辨率光学显微镜在神经科学中是必不可少的，但在生物组织中受到散射的影响。因此，它只允许进入表面层。最近开发的技术通过利用透射光中的角度相关性来使用散射光子进行成像，并且可能增加成像深度。但这些相关性（“角度记忆效应”）的范围非常短，理论上只存在于散射介质的后面，而不存在于散射介质的内部。通过对神经组织的测量和补充模拟，我们发现生物组织中的强前向散射可以将记忆效应范围（以及因此可能的视场）提高一个数量级以上，与$\sim$ 1mm厚组织层的各向同性散射相比。
2015-02-01 physics.optics
Digital confocal microscopy through a multimode fiber
获取生物组织内部的高对比度光学图像仍然是一个具有挑战性的问题。共焦显微镜是生物医学成像的重要工具，因为它通过拒绝背景信号来提高图像质量。然而，由于光散射，它在深层组织中的灵敏度低。最近，多模光纤通过控制光在其中的传播，为微创内窥镜成像提供了一种新的范例。在这里，我们介绍了一种组合成像技术，共焦图像通过多模光纤采集。我们实现这一点，通过数字工程的激发波前，然后应用虚拟数字针孔上收集的信号。通过这种方式，我们能够通过光纤获得对比度显著提高的图像。在数值孔径为0.22的光纤中，我们获得了1.5 μ m的横向分辨率和12.7 μ m的轴向分辨率。点扫描速率目前受到我们的空间光调制器（20Hz）的限制。
2015-09-15 physics.optics
Two Photon excitation microscopy of individual Single-Walled Carbon Nanotubes
Universite de Bordeaux（波尔多大学）；LP2N, Institut d’Optique Graduate School, CNRS UMR 5298（LP2N，光学研究生院，CNRS UMR 5298）；Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology（纳米技术研究所，卡尔斯鲁厄理工学院）
研究1700nm激发下单壁碳纳米管双光子激发特性，测双光子作用截面，确定量子色心功能化(6,5)纳米管为最有潜力发射体，实现此波长下单纳米管成像，为深层组织单粒子成像奠基。
2026-11-03 physics.optics
High-extinction VIPA-based Brillouin spectroscopy of turbid biological media
布里渊显微镜是近年来发展起来的一种表征生物组织、细胞和生物材料力学特性的有力技术。然而，布里渊显微镜的潜力目前仅限于透明样品，因为布里渊光谱仪没有足够的光谱消光，以拒绝主要的非布里渊散射光的混浊介质。为了克服这个问题，我们开发了一个光谱仪组成的两个VIPA阶段和多程法布里-珀罗干涉仪。法布里-珀罗标准具作为一种超窄带布里渊光滤波器，具有高光谱消光和低损耗。我们报告了来自Intraperoid溶液和鸡肌肉组织内高达100微米深的无背景布里渊光谱。
2016-04-17 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Deconvolution in Fluorescence Lifetime imaging microscopy (FLIM)
荧光寿命成像显微镜（FLIM）是了解细胞和组织中化学微环境的重要技术，因为与常规荧光成像相比，它提供了额外的对比度。当激发衍射极限内的两个荧光团时，所产生的发射导致强度（幅度）和寿命（相位）分量中的非线性空间失真和局部化效应。为了解决这个问题，在这项工作中，我们提供了一个理论模型，卷积FLIM来描述所产生的行为如何不同于传统的荧光显微镜。然后，我们提出了一个基于Richardson-Lucy（RL）的去卷积，包括总变差（TV）正则化方法，以纠正由于光学卷积在FLIM测量中的失真，并在荧光标记的固定牛肺动脉内皮细胞（BPAE）细胞的多光子显微镜（MPM）-FLIM图像上实验证明了这种FLIM去卷积方法。
2022-01-16 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Wide field fluorescence epi-microscopy behind a scattering medium enabled by speckle correlations
荧光显微镜被广泛用于生物成像，然而，从组织的散射强烈限制了其适用于浅深度。在这项工作中，我们适应的方法，灵感来自恒星散斑干涉，并利用光学记忆效应，使荧光显微镜通过混浊层。我们证明了有效的重建微米大小的荧光物体背后的散射介质落射显微镜，并研究这种成像方式（放大率，视场，分辨率）的特异性相比，传统的显微镜。使用修改后的相位恢复算法从散斑图像重建荧光物体，我们表现出强大的重建，即使在相对较低的信号噪声条件。这种模式特别适合于在生物介质中成像，已知生物介质表现出与数十微米尺寸的视场兼容的相对大的光学存储范围，以及与数十纳米宽度的发射荧光光谱兼容的大光谱带宽。
2018-02-25 physics.bio-ph physics.optics
