Optical diffraction tomography using a digital micromirror device for stable measurements of 4-D refractive index tomography of cells
光学衍射层析成像（ODT）是一种能够测量透明样品三维折射率分布的干涉显微技术。测量了样品在不同角度照射下的多幅二维全息图，根据衍射理论重建了样品的三维折射率图。由于其非侵入性、无标记、定量成像等优点，已被证明是研究生物细胞的有力工具。最近，我们的研究小组已经证明，数字微镜器件（DMD）可以用于快速、精确地控制ODT的照明光束。在这项工作中，我们系统地研究了配备DMD的ODT系统的精度和稳定性，并提出了各种类型的活细胞，包括人红细胞，白细胞，肝细胞和HeLa细胞的3-D和4-D RI图的测量。此外，我们还证明了有效的可视化的3-D RI地图的活细胞利用测量的信息RI断层图像的值和梯度。
2016-02-10 physics.optics
Wolf phase tomography (WPT) of transparent structures using partially coherent illumination
Emil Wolf于1969年提出了使用相干全息成像的衍射层析成像，以从透明的非均匀物体中提取3D信息。同时，Wolf方程描述了部分相干光场的传输关联.结合这两个概念，在这里，我们提出沃尔夫相位层析成像（WPT），这是一种方法，用于执行衍射层析成像使用部分相干场。WPT重建工作在直接的时空域中，不需要傅立叶变换，并且从样品的厚度来重建折射率分布。我们证明了WPT的原则，使用空间光干涉显微镜（SLIM）获得的数据。SLIM是一种定量相位成像方法，通过在入射场和散射场之间引入受控相移来升级现有的相衬显微镜。SLIM中的照明场是空间部分相干的（从环形光瞳函数出现）和低时间相干性（白光），因此，适合于沃尔夫方程。根据SLIM中对应于不同相衬帧的三个强度测量，通过计算所测量的复关联函数的拉普拉斯和二阶时间导数，立即获得3D折射率分布。该方法的高通量和简单性使得能够在整个多孔板上研究活细胞中的3D动态事件，RI灵敏度约为10-5。我们通过测量标准样品（微珠）、精子和活神经网络来验证WPT。
2020-04-11 physics.bio-ph physics.optics
Refractive index tomography with a physics based optical neural network
针对样本偏离弱散射近似时传统RI层析重建算法耗时且效果差的问题，提出无需预训练、带物理意义的多切片神经网络MSNN，纳入散射效应与照明强度校准，经模拟与实验验证，可高效提升成像清晰度，为RI层析提供新范式。
2023-06-11 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.optics
Quantitative phase and refractive index imaging of 3D objects via optical transfer function reshaping
反卷积相位显微镜通过重建透明样品的透射相位或折射率，实现透明样品的高对比度可视化。在这里，我们提出了一种方法来扩展2D反卷积相位显微镜厚3D样品。通过仅测量优化照明模式下获得的四幅强度图像，即可获得样品在特定轴平面上的折射率分布。此外，可以使用不同的照明图案来测量样品的光学相位延迟。
2022-01-21 eess.IV physics.optics
X-ray computed tomography reconstruction algorithm for refractive index gradient
本文提出矢量Radon变换及其逆变换，在小角度偏转条件下利用标准圆周扫描重建三维X射线折射率梯度图，并通过实验验证了方法的准确性。
2023-09-04 physics.med-ph physics.optics
Programmable spatial coherence tomography: diffraction-limited three-dimensional reflection imaging under modulated monochromatic illumination
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；KAIST Institute for Health Science and Technology, KAIST（韩国科学技术院健康科学与技术研究所）；Graduate School of Medical Science and Engineering, KAIST（韩国科学技术院医学科学与工程研究生院）；Department of Mechanical Engineering, KAIST（韩国科学技术院机械工程系）；Graduate School of Stem Cell and Regenerative Biology, KAIST（韩国科学技术院干细胞与再生生物学研究生院）；Department of Pathology, Gangnam Severance Hospital, Yonsei University College of Medicine（延世大学医学院江南世福兰斯医院病理科）；Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science（基础科学研究院基因组工程中心）；BioMedical Research Center (BMRC), KAIST（韩国科学技术院生物医学研究中心）；Tomocube Inc.（Tomocube公司）
本文提出一种基于空间相干的三维反射成像方法，在单色照明下实现衍射受限分辨率，通过设计空间编码照明图案实现自校准，无需引导星或模式先验知识，应用于厚组织、器官oids、频域动态对比和活体脑成像。
2026-05-07 physics.optics
Regularization of dielectric tensor tomography using total variation
介电张量层析成像重建微观物体的三维介电张量，并提供有关晶体结构取向和主折射率的信息。由于介电张量层析成像是基于透射测量，它遭受的缺失锥的问题，这会导致轴向分辨率差，低估的折射率，和光晕伪影。在这项研究中，我们提出了推广的总变分正则化的三维张量分布。特别是，证明减少伪影时，适用于介电张量断层扫描。
2022-10-12 physics.optics
Measuring the refractive index and thickness of multilayer samples by Fourier domain optical coherence tomography
本研究提出一种基于傅里叶域光学相干层析成像的理论方法，无需额外装置或先验信息，即可同时测量多层生物组织的折射率和厚度，仿真验证相对误差低于0.01%，且复杂度随层数线性增长。
2024-04-17 physics.optics
Reconstructions of refractive index tomograms via discrete algebraic reconstruction technique
光学衍射层析成像（ODT）提供透明微观物体的三维折射率（RI）层析图像。然而，由于物镜的有限数值孔径，ODT对衍射光的访问有限，并且遭受差的空间分辨率，特别是沿轴向方向。为了克服RI层析成像质量的限制，我们提出了一种算法，准确地重建RI层析成像使用的初步信息，RI值的标本是离散的和均匀的。通过对微球、红细胞和水滴等不同样本的仿真和实验，证明了该方法能够在存在缺失信息和噪声的情况下，精确地重建具有离散和均匀RI值的样本的RI断层图像。
2017-09-19 physics.optics
Third order nonlinear study of ZnO nano particles under femto-second laser illumination
采用简易沉淀法合成了不同Ag掺杂量的ZnO纳米粒子。采用Z扫描技术，在重复频率为1 kHz、中心波长为532 nm、脉冲宽度为130飞秒的激光脉冲作用下，研究了ZnO纳米粒子的双光子吸收截面和非线性折射率。采用速率方程方法，通过理论计算得到了ZnO纳米粒子的2PA截面。吸收截面和非线性折射率都随着Ag掺杂量的增加而增加。我们已经观察到的非线性折射率的增加104的顺序在飞秒激光激发的存在下，参考纳秒激光激发。
2018-06-25 physics.optics
Artifacts in optical projection tomography due to refractive index mismatch: model and correction
光学投影层析成像（Optical Projection Tomography，OPT）是一种对细观样品进行三维成像的有力工具，对生命科学中各种疾病模型的研究具有重要意义。OPT能够在几立方厘米的大样品体积上实现几十微米的分辨率。然而，重建的OPT图像经常遭受各种物理失配引起的伪影。这项工作的重点是旋转物体和周围介质之间的折射率（RI）失配。我们推导出一个三维锥束前向模型来近似RI失配的影响，并实现了一种快速有效的重建方法来校正荧光珠实验图像上诱导的海鸥形伪影。
2022-09-19 eess.IV physics.med-ph physics.optics
The Theory of Diffraction Tomography
断层扫描是从不同角度拍摄的图像对物体进行三维重建。当成像光束以直线穿过对象时，使用术语经典断层摄影。这种假设对于短波长的光是有效的，例如在X射线断层摄影中。对于经典的层析成像，常用的重建方法是滤波反投影算法，其产生快速且稳定的对象重建。在单细胞成像的背景下，反投影算法已被用于研究细胞结构或使用来自可见光谱的光来量化单细胞内的折射率分布。然而，这些方法，通常概括为光学投影断层扫描，不考虑衍射。Rytov近似的衍射层析成像解决了这个问题。光的波动性质的明确并入导致对象的折射率分布的增强的重建。在这里，我们提出了一个完整的文献综述衍射层析成像。我们从波动方程出发推导理论，并讨论其有效性，重点是折射率层析成像的应用。此外，我们推导了反向传播算法、反向投影算法的衍射层析垂悬，并描述了其在三维中的实现。最后，我们展示了应用程序的反向传播算法的计算机生成的散射数据。这篇综述统一了文献中的不同符号，并详细描述了反向传播算法，为衍射层析成像领域的未来工作提供了可靠的基础。
2016-10-07 physics.bio-ph physics.optics q-bio.QM
Ultra-broadband Optical Diffraction Tomography
本研究提出超宽带光学衍射层析成像（ODT），覆盖超过150 nm可见光谱带宽并实现150 nm横向分辨率，通过基于脉冲整形的傅里叶变换光谱学获取HeLa细胞的宽带光谱分辨图像，实现了对3D样品中宽带折射率变化的测量与细胞内纳米颗粒的精确三维识别。
2024-04-29 physics.bio-ph physics.optics
The depth of the banana and the impulse stripe illumination for diffuse optical tomography
本文分析条纹照明下漫射光的香蕉形路径深度，并利用条纹形脉冲照明的时间分辨测量结合 Monte Carlo 数据重建目标吸收系数。
2024-05-13 physics.med-ph physics.optics
Diffuse-illumination holographic optical coherence tomography
本研究提出一种漫射照明全息OCT技术，通过非相干平均变化漫射照明体积，有效抑制多次散射散斑和空间相干噪声，显著提升图像质量，并在标准OCT应用轴向范围内保留全息重建能力。
2023-09-15 physics.optics
A Learning Approach to Optical Tomography
我们描述了一种方法，用于成像三维物体的断层摄影配置实现训练人工神经网络再现实验测量的散射光的复振幅。该网络被设计成使得3D对象的折射率的体素值是在训练过程期间被适配的变量。我们通过形成细胞的3D折射率分布的图像实验证明了该方法。
2015-02-05 physics.optics
Multi-surface catadioptric freeform lens design for ultra-efficient off-axis road illumination
我们提出了一种新的设计方法，以解决基于理想光源的离轴道路照明应用的多表面折反射自由曲面透镜设计。该透镜结构包括一个解析折射入射面、一个解析全内反射（TIR）面和两个自由曲面出射面。在源平面和目标平面之间建立无卷曲能量均分，并将其划分以实现复合射线映射机制。基于遗传算法，以菲涅耳损耗和面形误差最小为目标，对解析TIR面和折射入射面进行了优化设计。结果表明，与我们在[Zhu et al.，可选失效日期26，A54-A65（2018）]。
2019-03-03 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
Free-form diamond refractive optics enable efficient high-energy X-ray nano-imaging
Paul Scherrer Institute (PSI)（保罗谢勒研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)（德国电子同步辐射中心）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Diamond Light Source（钻石光源）
研究高能量下全场透射X射线显微镜（TXM）性能受限问题，利用自由形式金刚石折射光学，通过定制光束整形器、移动漫射器和校正透镜等组成光学系统，实现20keV下72nm分辨率成像，拓展了纳米成像应用并开辟新设计途径。
2026-07-22 physics.optics
High-speed in vitro intensity diffraction tomography
我们证明了一种无标记，无扫描{ \it强度}衍射断层扫描技术，利用环形照明（aIDT），以快速表征大体积的三维折射率分布在体外。通过优化匹配的照明几何显微镜光瞳，我们的技术减少了60 $\times$的数据要求，以实现高速10 Hz的体积速率。使用8个强度图像，我们恢复了$\sim350\times100\times20μ$ m $^3$体积，具有487 nm的近衍射极限横向分辨率和3.4 $μ$ m的轴向分辨率。我们的技术的大体积率和高分辨率，使复杂的活生物样品的三维定量相位成像跨越多个长度尺度。我们证明了aIDT的能力，单细胞硅藻微藻，上皮颊细胞集群与天然细菌，和活\emph{Caenorhabditis elegans}标本。在这些样品中，我们恢复宏观尺度的细胞结构，亚细胞器，和动态的微生物组织与最小的运动伪影。量化这些特征在肿瘤学、免疫学和细胞病理生理学中具有重要的实用性，其中这些形态学特征在疾病、寄生虫和新药治疗存在下的变化被评估。最后，我们模拟我们的aIDT系统，以突出我们的技术的准确性和灵敏度。aIDT显示出作为一种强大的高速、无标记的计算显微镜技术应用的前景，其中需要自然成像来实时评估环境对样品的影响。我们在\href{https://github.com/bu-cisl/IDT-using-Annular-Illumination}{https://github.…
2019-12-28 physics.bio-ph physics.optics
Defocus test and defocus correction in full-field optical coherence tomography
我们报告的实验证据和校正的散焦在生物样品的全场OCT由于生物组织和水的折射率不匹配。通过基于图像质量的度量，我们证明了我们能够补偿这种指数引起的散焦，并恢复清晰的图像深度。
2009-05-13 physics.bio-ph physics.optics
Wide-field high-resolution 3D microscopy with Fourier ptychographic diffraction tomography
我们报告了一种计算3D显微镜技术，称为傅立叶重叠关联衍射断层扫描（FPDT），迭代缝合在一起的许多照明，低分辨率的图像与低数值孔径（NA）的目标在3D傅立叶空间中创建一个宽视场（FOV），高分辨率，深度分辨的复杂折射率（RI）图像在大体积。与依赖于受控明场照明、全息相位测量和高NA物镜检测的传统光学衍射层析成像（ODT）方法不同，FPDT采用仅来自低NA强度测量的层析成像RI重建。此外，FPDT采用了超出物镜NA的高角度暗场照明，显著扩展了可接近物体的频率。使用FPDT，我们在1.77mm2的10倍FOV和~20μm的焦深上呈现了最高通量的ODT结果，具有390 nm的横向分辨率和899 nm的轴向分辨率。生物样品的十亿体素3D断层成像结果确立了FPDT作为高通量3D显微应用的强大的非侵入性和无标记工具。
2019-05-26 physics.bio-ph physics.optics
Method for Assessing the Fidelity of Optical Diffraction Tomography Reconstruction Methods
我们在绕射层析系统中使用空间光调变器来评估不同折射率重建演算法的准确度。通过复杂介质的光学相位共轭原理，使我们能够量化不同折射率重建算法的误差，而无需访问地面真相。据我们所知，这是第一个评估技术，使用结构化照明实验来测试不同的重建方案的准确性。
2019-05-20 physics.comp-ph physics.optics
Low-coherence optical diffraction tomography using a ferroelectric liquid crystal spatial light modulator
光学衍射层析成像（ODT）是一种三维（3D）无标记成像技术。利用光学衍射技术可以从多个二维光场图像中重建出样品的三维折射率分布。本文介绍了一种利用铁电液晶空间光调制器（FLC SLM）实现时间上低相干的ODT技术。FLC SLM提供的快速二进制相位调制确保了高时空分辨率，同时大大降低了相干噪声。我们使用各种样品，包括胶体微球和活的上皮细胞证明了所提出的系统的性能。
2020-08-12 physics.bio-ph physics.optics
Neural refractive index field: Unlocking the Potential of Background-oriented Schlieren Tomography in Volumetric Flow Visualization
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学机械工程学院）；School of Engineering, University of Edinburgh（爱丁堡大学工程学院）
针对背景导向纹影层析成像（BOST）基于体素网格的缺陷，提出神经折射率场（NeRIF）方法，通过神经网络隐式表示流场，提升重建精度、分辨率并降低成本，且可适配多种层析模式。
2024-11-26 cs.HC cs.LG physics.flu-dyn
Single-Pixel Fluorescent Diffraction Tomography
光学衍射层析成像是一种不可或缺的工具，研究对象的三维，由于其能够准确地重建散射对象。到目前为止，这种技术一直限于相干光，因为空间相位信息需要解决逆散射问题。我们介绍了一种方法，扩展光学衍射层析成像空间不相干的对比机制，如荧光发射。我们的策略模仿了两个空间相干照明光束的相干散射过程。干涉照明图案在荧光发射的时间变化中编码空间相位，从而允许非相干荧光发射模仿相干照明的行为。的时间变化允许恢复的传播相位，因此可以恢复与逆散射模型的非相干荧光发射的空间分布。
2020-08-05 eess.IV physics.optics
Single-cell diffraction tomography with optofluidic rotation about a tilted axis
光学衍射层析成像（Optical Diffraction Tomography，ODT）是一种不需要任何标记物就可以测量活细胞内三维（3D）折射率分布的层析成像技术。原理上，ODT可以被看作是光学投影层析成像的推广，其等同于计算机层析成像（CT）。这两种光学层析成像技术都需要在多个角度测量细胞的投影相位图像。然而，这两种技术测量后3D折射率分布的重建不同。已知的是，ODT产生比投影层析成像更好的结果，因为它考虑了由于样品的折射率结构引起的成像光的衍射。在这里，我们将ODT应用于微流控芯片中的生物细胞，该微流控芯片结合了光捕获和微流控流动以实现光流控单细胞旋转。特别是，我们解决的问题时，被困的细胞不旋转轴垂直于成像平面，而是围绕一个任意倾斜的轴。在本文中，我们表明，考虑到这样一个倾斜的旋转轴在重建过程中的三维重建可以得到改善。
2018-01-02 physics.optics q-bio.QM
Refractive-index tomography of opaque tissue from its own backscattered light
Korea University（高丽大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)（韩国电子技术研究研究所）；Pusan National University（釜山国立大学）
研究利用分治逆散射框架，从背向散射光恢复传输信息，重建细胞3D RI，无需双侧光接入，实现对活体组织细胞的无损纵向成像，如在工程组织和活体小鼠中成像并量化骨细胞干质量。
2026-07-08 physics.optics
Phase tomography with axial structured illumination
本研究探讨轴向结构照明用于全息层析成像（HT）的可能性，通过模拟证明层间距离符合有效焦深设计曲线时，稀疏惩罚可实现无串扰逐层3D折射率重建，为硬件简化的轴向结构照明层析成像（ASIT）系统提供依据。
2025-04-19 eess.IV physics.optics
Feature-domain Fourier ptychographic tomography with dark-field illumination
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Pusan National University（釜山国立大学）；KAIST Institute for Health Science and Technology（KAIST健康科学与技术研究所）
本文提出特征域傅里叶叠层断层成像（FD-FPT），通过特征提取结合自动微分优化，实现了千兆体素级无标记体积成像，可解析常规方法无法识别的精细结构，兼具毫米级覆盖与细胞级对比度。
2026-08-25 physics.optics
Anisotropic nonlinear refractive index measurement of a photorefractive crystal via spatial self-phase modulation
我们证明了在非线性光折变晶体中光致折射率的改变可以通过背景非相干光和外加电场来精确测量和控制。提出的方法易于实现的基础上的远场测量的衍射图案的激光束通过自散焦介质进行空间自相位调制传播。在不同的实验条件下，测量了饱和光强和最大折射率修正。我们还清楚地证明和解释了晶体在稳态区的各向异性非线性响应。
2019-07-23 physics.optics
Differential Phase-contrast Interior Tomography
微分相衬内部断层扫描允许重建感兴趣区域（ROI）上的折射率分布，用于大生物样本内部的内部结构的可视化和分析。在这种成像模式下，X射线束以窄束孔径瞄准ROI，从而在更少的电离辐射下提供更大的成像灵活性。受最近发展的压缩感知理论的启发，在数值分析框架下，我们证明了通过ROI的截断差分投影数据的总变差最小化，可以实现精确的内部重建的ROI，假设分段恒定分布的折射率在ROI上。然后，我们开发了一个迭代算法的内部重建和进行数值模拟实验，以证明我们所提出的方法的可行性。
2011-08-05 physics.med-ph physics.optics
Multiple Kerker anapoles in dielectric microspheres
高折射率介质球在以偶极模为主的光谱范围内具有显著的光散射特性。然而，这些属性中的大多数是不存在的平面波照明下的较大的球体。在这里，我们建议解开偶极制度，无论球的大小和折射率的照明与纯偶极场。这种类型的照明确保球体的散射响应是纯偶极的。在这种情况下，我们表明，Kerker条件不仅与对偶对称性和一个强大的向后向前的不对称光散射，但也出现非辐射源：所谓的混合anapole。最后，我们表明，所有上述散射功能下偶极照明是可重复的实验接近紧聚焦高斯光束。
2020-10-23 physics.optics
Fourier synthesis optical diffraction tomography for kilohertz rate volumetric imaging
本文提出傅里叶合成光学衍射层析技术（FS-ODT），通过复用数十个照明角度实现千赫兹速率的3D折射率定量成像，为生物物理和软物质高速动力学研究提供了新方法。
2024-05-08 physics.bio-ph physics.optics
Collaborative effects of wavefront shaping and optical clearing agent in optical coherence tomography
我们证明，同时应用光学透明剂（OCAs）和复杂的波前整形光学相干断层扫描（OCT）可以提供显着的增强的穿透深度和成像质量。OCA降低了高散射样品的光学不均匀性，并且照明光的波前整形控制了多次散射，从而导致穿透深度和信噪比的增强。一项组织体模研究表明，同时应用OCA和波前整形可成功用于OCT成像。进一步证明了离体小鼠耳朵的穿透深度增强，揭示了传统OCT成像无法达到的隐藏结构。
2016-10-05 physics.bio-ph physics.optics
Simultaneous microscopic imaging of thickness and refractive index of thin layers by heterodyne interferometric reflectometry (HiRef)
在非常薄的样品中检测空间或时间变化在生物科学中具有重要的应用。例如，细胞膜表现出脂质组成和顺序的变化，这反过来又在空间和时间上调节它们的功能。同时测量厚度和折射率将是观察这些变化的一种方法，但非侵入性地做到这一点仍然是一个难以捉摸的目标。在这里，我们提出了一种显微成像技术，同时测量的厚度和折射率的薄层在空间上解决的方式，使用反射计。由样品反射的光场和参考场之间的外差检测干涉允许测量反射场的振幅和相位，从而确定复反射系数。将计算结果与显微物镜模拟的高数值孔径相干光照射下薄层的反射相比较，可以确定薄层的折射率和厚度。我们目前的结果上的一层聚醋酸乙烯酯（PVA）的厚度约为80纳米。这些结果的厚度精度优于10%，折射率精度优于1%，与定量微分干涉差（qDIC）测量值和文献值在误差范围内一致。我们讨论了这些结果的意义，以及对纳米层进行精确测量的可能性。值得注意的是，对于毫秒测量时间，该技术的散粒噪声极限在厚度上低于0.5 nm，在折射率上低于0.0005。
2021-06-12 physics.bio-ph physics.optics
Nanoscale local modification of PMMA refractive index by tip-enhanced femtosecond pulsed laser irradiation
本文提出利用金属化针尖增强飞秒激光在 PMMA 表面实现横向尺寸小于 200 nm、脉冲能量低于 0.5 nJ 的折射率局域改性，精度和能量效率均显著优于现有技术，并有望用于光子晶体与表面波导制备。
2022-11-11 physics.optics
Active illumination using a digital micromirror device for quantitative phase imaging
本研究提出一种采用数字微镜器件（DMD）的低成本高效主动照明方法，结合马赫-曾德尔干涉仪测量不同入射角的样品复光场，重建高分辨率二维相位图与三维折射率断层图，经胶体球、生物细胞成像验证其照明控制快速稳定。
2015-06-20 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
Compressive X-ray phase tomography based on the transport of intensity equation
提出并实现了一种压缩重建方法，用于微焦点X射线系统中弱衰减物体折射率分布的层析重建。这是通过开发离散化算子来实现的，该离散化算子对强度方程的传输和适用于迭代重建技术的X射线变换进行建模。
2013-06-23 physics.optics
Integral refractive index imaging of flowing cell nuclei using quantitative phase microscopy combined with fluorescence microscopy
我们提出了一种新的多模态成像技术，用于定量测量悬浮液中活生物细胞核的积分（厚度平均）折射率。为此目的，我们将定量相位显微镜与同步二维荧光显微镜相结合。我们使用2-D荧光显微镜定位细胞内的定量相位图的细胞核，以及测量核半径。如通过3-D共聚焦荧光显微镜和通过2-D荧光显微镜同时在流动期间旋转细胞所离线验证的，不在分裂期间的悬浮液中的细胞核可以假定为椭圆体。悬浮液中细胞的整个形状可以假定为球形。然后，细胞和细胞核的3-D形状可以分别基于可从2-D相位和荧光测量获得的它们的平面内半径来评估。最后计算了原子核的积分折射率分布。我们在癌细胞上展示了新技术，获得了低于细胞质的细胞核折射率值，与最近的发现一致。我们相信，所提出的技术有可能被用于流式细胞术，其中全三维折射率断层扫描是太慢，在流动过程中实施。
2019-09-03 physics.bio-ph physics.optics
Internal-Illumination Photoacoustic Tomography Enhanced by a Graded-scattering Fiber Diffuser
光声成像在生物组织中的穿透深度从根本上受到当光通过组织表面外部传递时的强光学衰减的限制。为了解决这个问题，我们以前报告的内部照明光声成像使用定制的径向发射光纤扩散器，然而，具有复杂的制造，高成本，和不均匀的光发射。为了克服这些缺点，我们已经开发了一种新型的低成本的光纤漫射器的基础上的梯度散射的方法，其中的光纤漫射器的光散射逐渐增加，随着光的传播。分级散射可以补偿光学衰减并且沿着漫射器提供相对均匀的光发射。我们进行了蒙特卡罗数值模拟，以优化几个关键的设计参数，包括散射段的数量，散射各向异性因子，光纤的发散角，和周围介质的反射率。这些优化的参数共同导致沿光纤漫射器的均匀光发射，并且可以灵活地调整以适应不同的应用。我们制作并表征了由琼脂糖凝胶和内毒素制成的原型纤维扩散器。配备了新的光纤扩散器，我们对离体组织模型和体内猪模型进行了彻底的概念验证研究，以证明光声断层扫描的深度成像能力（离体达到约10 cm）。我们相信，通过优化的光纤漫射器的内部光递送是对深目标（例如，肾脏）。
2020-07-21 physics.med-ph physics.optics
Three-dimensional optical diffraction tomographic microscopy with optimal frequency combination with partially coherent illuminations
我们展示了一个三维（3D）光学衍射层析技术与最佳频率组合（OFC-ODT）的三维定量相位成像的未标记的标本。在一个环形孔径和两个圆形孔径下，利用不同的相干参数，分别拍摄了三组离焦光强图像。将对应于不同照明孔径的3D相位光学传递函数（POTF）相结合以获得最佳合成的频率响应，从而实现高质量、低噪声的3D重建，其成像分辨率高达非相干衍射极限。此外，还对环形照明的三维成像性能进行了研究，推导并分析了任意照明光瞳下的三维POTF表达式。结果表明，通过引入一个互补环形光阑，可以有效地解决高数值孔径条件下的相衬冲刷效应，从而大大提高了相衬度，提高了实际成像分辨率。为了测试所提出的OFC-ODT技术的可行性，三维折射率重建结果的基础上，一个模拟的三维分辨率的目标和实验研究的微聚苯乙烯珠和未染色的生物样品。由于其高分辨率的3D相位成像能力以及与广泛使用的商业显微镜的兼容性，OFC-ODT有望在生物和生物医学研究中找到多方面的应用。
2018-03-03 physics.bio-ph physics.optics
Bond-Selective Intensity Diffraction Tomography
在广泛应用的全息和计算成像技术中，恢复分子信息仍然是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战，我们开发了一种计算中红外光热显微镜，称为键选择性强度衍射断层扫描（BS-IDT）。基于一个低成本的明场显微镜与一个附加的脉冲光源，BS-IDT恢复红外光谱和键选择性的3D折射率地图从强度只测量。验证了高保真红外指纹图谱的提取。生物细胞的体积化学成像以每体积约20秒的速度展示，横向和轴向分辨率分别为约350 nm和约1.1微米。通过化学定量储存在癌细胞中的脂质和具有大视野（~100微米X 100微米）的秀丽隐杆线虫的体积化学成像来研究BS-IDT的应用潜力。
2022-09-01 physics.bio-ph physics.optics
Manifestation of aberrations in full-field optical coherence tomography
我们报告了一个理论模型，在全视场光学相干层析成像（FFOCT）的图像形成。由于照明的空间非相干性在FFOCT中起到了虚拟共焦针孔的作用，其成像性能相当于扫描时间选通相干共焦显微镜。在协议的光学实验，使像差的精确控制，FFOCT被证明有近两倍的标准成像在中等像差水平的分辨率。除了对FFOCT的像差灵敏度进行严格的研究之外，该理论模型还为自适应光学器件和\rev{computational tools}的优化设计铺平了道路，用于生物组织的高分辨率和深度成像。
2021-07-02 physics.bio-ph physics.optics
Reflection-mode diffraction tomography of multiple-scattering samples on a reflective substrate from intensity images
提出反射模式衍射层析成像技术，结合多散射模型、边界条件及伴随方法，通过强度图像同时恢复前向与后向散射信息，实现高分辨率3D折射率重建，经仿真和实验验证其在高对比度复杂样品中的鲁棒性与多功能性。
2025-02-11 physics.optics
Degeneracy breaking of Wood's anomaly for enhanced refractive index sensing
我们介绍了一种超灵敏的检测技术的折射率（RI）传感的基础上，在薄的金层，使用一个单一的光刻步骤研磨的纳米尺度的缝隙天线阵列。我们的实验结果表明，在电信波长范围内的品质因数（FOM）为140-210，接近标准传播型SPR传感器的基本极限（~250），其基本机制是缝隙天线的窄带共振与轻微非垂直照射下Wood反常的简并破缺相结合。此外，我们探讨了该设备的分析物层的深度的灵敏度。这个概念可以很容易地调整到任何所需的波长和RI范围，通过修改槽的尺寸和阵列间距，从而使它非常有用的许多传感应用。
2017-02-08 physics.optics
Hyperspectral optical diffraction tomography
在这里，我们提出了一种新的显微技术，用于测量波长相关的三维（3-D）分布的折射率（RI）的微观样品在可见光波长。采用3-D定量相位显微镜技术与波长扫描源，3-D RI断层图，在450 - 700 nm的范围内获得了几个纳米的光谱分辨率。通过测量聚苯乙烯珠、人红细胞和肝细胞的高光谱3-D RI断层图像，证明了该技术的能力。结果表明，无标记的分子特异性的生物样品的3-D断层扫描的潜力。
2015-11-05 physics.optics
Large-scale optical diffraction tomography for inspection of optical plastic lenses
本文提出了一种光学衍射层析成像（ODT）技术，用于测量光学塑料透镜的三维折射率（RI）图。利用马赫-曾德尔干涉仪测量了浸没在折射率匹配油中的塑料透镜在不同旋转方向上的多个复杂光场。由此，利用ODT重建了塑料透镜的三维折射率分布，其折射率灵敏度（dn = 4.21 x 10^-5）和分辨率（12.8 μ m）前所未有。作为示范，3-D RI分布的2毫米直径的硼硅酸盐球和5毫米直径的塑料透镜
2015-11-26 physics.optics
Scatting theory for reflective Fourier ptychographic diffraction tomography
一个前向模型的反射傅里叶重叠关联显微镜的应用中出现的逆散射问题。该模型允许我们使用傅立叶重叠关联层析成像确定弱散射半透明物体的折射率的3D分布。推导结果表明，这两个传输类型先前报告和反射类型目前在这篇文章中是对应的一个具体应用，在沃尔夫的工作（埃米尔沃尔夫，光学通讯。1969年第1（4）页。153-156）。透射型测量前向散射场，而反射型测量后向散射场。该模型也适用于全息法
2020-08-24 physics.optics
Reflection-mode optical diffraction tomography for label-free imaging of thick biological specimens
光学衍射层析成像（ODT）是一种强大的无标记三维（3D）生物成像技术，用于观察活细胞和薄组织层。本文报道了一种新的反射式光电倍增管（reflection-modeODT，rODT）方法，该方法可对厚生物样品进行横向分辨率为500 nm、轴向分辨率为1 μm的成像。在rODT中，多次散射背景被拒绝通过动态散斑场干涉术提供的时空门控，而深度分辨的折射率图重建通过开发一个全面的逆散射模型，也考虑了散射引起的像差。得益于rODT的高分辨率和全场定量成像能力，我们成功地对红细胞进行了成像，并量化了厚度为2.8散射平均自由程的混浊样品后面的膜波动。我们进一步实现了离体大鼠眼内角膜的体积成像，并量化了其光学特性，包括在纳米尺度上绘制Dua和Descemet膜表面的地形图。
2022-02-28 physics.bio-ph physics.optics
High-fidelity intensity diffraction tomography with a non-paraxial multiple-scattering model
提出了一种基于分步非傍轴（SSNP）模型的强度衍射层析（IDT）重建算法，用于恢复多次散射生物样品的三维折射率（RI）分布。高质量IDT重建需要高角度照明来编码3D生物样本的低空间频率和高空间频率信息。我们表明，我们的SSNP模型可以更准确地计算从高角度照明的多重散射相比，基于傍轴近似的多重散射模型。我们将此SSNP模型应用于顺序和复用IDT技术。我们开发了一个统一的重建算法的IDT模式，是高度计算效率和模块化的自动微分框架。我们证明了我们的重建算法在弱散射颊上皮细胞和强散射活$\textit{C. elegans}$蠕虫和活$\textit{C. elegans}$胚胎上的能力。
2022-08-09 eess.IV physics.optics
Optical Diffraction Tomography Meets Fluorescence Localization Microscopy
本文将单分子定位显微数据重新建模为无相位光学衍射层析系统，并提出联合优化框架，仅从SMLM帧中同时估计折射率图和荧光分子位置。
2023-07-18 eess.SP physics.optics
DeepRegularizer: Rapid Resolution Enhancement of Tomographic Imaging using Deep Learning
光学衍射断层扫描测量样品的三维折射率图，并以非破坏性的方式在纳米级可视化生化现象。光学衍射层析成像的一个主要缺点是由于对三维光学传递函数的有限访问而导致的轴向分辨率差。这个缺失锥的问题已经通过使用先验信息的正则化算法来解决，例如非负性和样本平滑度。然而，这些算法的迭代性质和它们的参数依赖性使得实时可视化是不可能的。在这篇文章中，我们提出并实验演示了一种深度神经网络，我们称之为DeepRegularizer，它可以快速提高三维折射率图的分辨率。利用成对的数据集（原始折射率断层图像和通过迭代全变分算法的分辨率增强的折射率断层图像）进行训练，基于三维U网的卷积神经网络学习两个断层图像域之间的变换。我们的网络的可行性和普遍性证明使用细菌细胞和人类白血病细胞系，并通过验证模型在不同的样品。与传统的迭代方法相比，DeepRegularizer提供了一个数量级以上的正则化性能。我们设想，所提出的数据驱动的方法可以绕过其他成像模式中的各种图像重建的高时间复杂度。
2020-09-29 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
