Diffraction tomography with Fourier ptychography
本文介绍了一种方法，在标准显微镜，包括一个LED阵列照明进行衍射断层扫描。在获取厚样品的仅强度图像序列之后，基于重叠关联的重建算法求解其在三维上的未知复折射率。实验显微镜在Nyquist-Shannon采样限（在Sparrow限分别为0.54 $μ$ m和5.0 $μ$ m）下展示了0.39 $μ$ m的空间分辨率和3.7 $μ$ m的轴向分辨率，跨越2.2 mm $\times$ 2.2 mm $\times$ 110 $μ$ m的总成像体积。与竞争方法不同，本文中提出的3D断层图像是连续的，定量的，并且不需要干涉测量或任何移动部件。厚生物标本的宽视场重建在病理学和发育生物学中具有潜在的应用。
2015-10-29 physics.optics
Transfer-Function Approach to Substrate-Enhanced Diffraction Tomography
Boston University（波士顿大学）
本研究提出了一种基于传递函数的子衬底增强衍射断层成像方法，通过多角度反光照明同时恢复前向和后向散射信息，实现非厄米特谱中的相位-吸收分离，并建立了轴向克拉默-克罗尼格关系，提升三维成像的分辨率和性能。
2026-03-04 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
Mid-Infrared Photothermal Relaxation Intensity Diffraction Tomography for Video-rate Volumetric Chemical Imaging
Boston University（波士顿大学）
PRIDT通过光热弛豫方案实现视频速率体积分子成像，提供高分辨率和快速成像能力，用于活细胞中蛋白质和脂质代谢研究。
2025-12-30 physics.optics
Second-harmonic optical diffraction tomography
本研究提出基于二次谐波产生的光学衍射层析成像技术，将线性ODT推广至非线性场景，通过全息测量重建三维二阶非线性极化率，经模拟与实验验证，可实现无标记成像并获取独特结构特性。
2024-05-18 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
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
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
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
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
Acousto-optic tomography beyond the acoustic diffraction-limit using speckle decorrelation
声光层析成像（AOT）通过散射光的局部超声调制实现散射样品内部深处的光学对比成像。然而，AOT的分辨率固有地受到超声焦点尺寸的限制，从而禁止微观调查。在过去的几年里，数字波前整形领域的进步已经允许开发新的方法来克服AOT的声学分辨率限制。然而，这些新颖的方法需要在样本散斑去相关时间内执行数千次波前测量，限制了它们对静态样本的应用。在这里，我们表明，它是可能的，通过利用散斑去相关的自然动力学，而不是试图克服它们，超过与传统的AOT系统的声学分辨率限制。我们实现这一点，通过适应超分辨率光学波动成像（SOFI），最初开发的闪烁荧光团成像的原则，AOT。我们表明，自然波动的光学散斑颗粒可以作为闪烁的荧光团的类似物，使超分辨率波动的声光信号的统计分析。
2018-12-11 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
Time-multiplexed structured illumination using a DMD for optical diffraction tomography
提出了一种新的光学衍射层析成像（ODT）照明控制技术。通过使用数字微镜器件（DMD）显示时间平均正弦图案来控制光束照明的各种空间频率。与以前使用二元Lee全息图的方法相比，本方法消除了可能恶化ODT图像质量的不需要的衍射光束。我们通过重建不同样品的三维折射率（RI）分布证明了本方法的能力，具有高的RI灵敏度（σ Δn = 3.15 +/- 10-4），并重建生物样品的三维RI断层图像，提供了关于样品的定量生化和形态学信息。
2016-11-29 physics.bio-ph 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
Super-resolution three-dimensional fluorescence and optical diffraction tomography of live cells using structured illumination generated by a digital micromirror device
我们提出了一种多模式的方法来测量三维（3D）的折射率（RI）和荧光分布的活细胞相结合的光学衍射断层扫描（ODT）和三维结构照明显微镜（SIM）。利用数字光调制装置产生用于ODT和SIM的结构化照明图案，这使得能够进行快速和稳定的测量。为了验证其可行性和适用性，所提出的方法被用来测量的三维RI分布和三维荧光图像的各种样品，包括一个集群的荧光珠，和时间推移的三维RI动态的HeLa细胞内的荧光珠，从其中的HeLa细胞中的珠的轨迹进行了分析，使用时空相关性。
2018-01-02 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
Optical diffraction tomography techniques for the study of cell pathophysiology
生物细胞的三维成像对于细胞生物学的研究至关重要，为揭示细胞和组织的病理生理机制提供了有价值的信息。光学衍射层析成像（ODT）的最新进展已经证明了其定量和无标记成像能力的独特优势对各种细胞研究的潜力。为了深入了解这一快速发展的研究领域，并讨论其在生物学和医学中的应用，我们提出了总结的ODT原则，并强调最近的研究，利用ODT的重点是细胞的病理生理学的应用。
2016-03-02 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Gradient Optical Diffraction Tomography
针对现有相位梯度成像技术无法实现三维层析的局限，本文提出梯度光学衍射层析（GODT）方法，基于一阶Rytov近似重建三维折射率分布的导数，为生物医学定量相位成像提供全新对比度域。
2024-11-13 physics.optics
Video-rate volumetric chemical imaging via mid-infrared photothermal optical diffraction tomography
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子中心）
通过中红外光热光学衍射断层扫描实现视频速率的体积分层化学成像，突破了传统技术在速度与信噪比间的限制，实现了高灵敏度和高精度的活细胞三维化学动态研究。
2026-03-04 physics.optics
Lateral shearing optical diffraction tomography of brain organoid with reduced spatial coherence
UiT The Arctic University of Norway（挪威北极大学）；Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics（华沙理工大学微机械与光子学研究所）；Karolinska Institutet（卡罗林斯卡学院）
本文提出了一种新型LS-ODT技术，通过横向剪切干涉和动态光斑照明，提升对厚且强散射类器官的高稳定性RI重建能力，适用于生物医学研究。
2026-01-27 physics.optics
Plasmonic Color Filters Enable Label-Free Plasmon-Enhanced Array Tomography with sub-diffraction limited resolution
本研究提出了一种基于等离激元超材料的免标记等离激元增强（PE）阵列层析成像技术，通过将折射率变化转化为颜色，实现了30-200 nm范围内全细胞的轴向超分辨成像，为亚细胞器水平的多模态三维比色组织学提供了新方法。
2025-07-17 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
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
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
Three-Dimensional Optical Diffraction Tomography with Lippmann-Schwinger Model
成像模态的广泛类别涉及逆散射问题的分辨率。其中，三维光学衍射层析成像（ODT）有其自身的挑战。这些包括有限的视野范围、相对于照明波长的大尺寸样品以及系统本身固有的光学像差。在这项工作中，我们提出了一个准确和有效的实现的前向模型。它依赖于精确的（非线性）李普曼-施温格方程。我们解决了几个关键问题，如格林函数的离散化，远场的计算，入射场的估计。然后，我们将此模型部署在正则化变分重建框架中，并在模拟和真实数据上显示，它比传统上用于ODT的近似模型能够更好地重建。
2019-10-29 eess.IV 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
Combining optical diffraction tomography with imaging flow cytometry for characterizing morphology, hemoglobin content, and membrane deformability of live red blood cells
本文改进光学衍射层析成像与成像流式细胞术中红细胞旋转角估计，实现健康及戊二醛处理红细胞的三维重建，可定量形态、血红蛋白和膜波动变化。
2023-09-26 physics.med-ph physics.optics
On electron imaging of small molecules, Part I: relative roles of multiple scattering and Fresnel diffraction
讨论了在小分子透射电子显微术中，多次电子散射和分子内自由空间传播的相对作用。有人认为，虽然多重散射往往只有一个温和的效果，在这种情况下，在分子菲涅耳衍射可能是显着的，由于浅的焦点深度在相关的实验条件下。因此，与本质上基于投影近似的传统计算机断层摄影相比，基于第一玻恩或第一Rytov近似的衍射断层摄影表示用于在此背景下重建静电势的三维分布的更合适的方法。提出了一种衍射层析的简化方法，并通过数值模拟实例进行了验证。
2019-11-28 eess.IV physics.optics
Physics-informed neural networks for diffraction tomography
École polytechnique fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
我们提出了一个物理信息的神经网络作为生物样品的断层重建的前向模型。我们证明，通过训练这个网络与亥姆霍兹方程作为一个物理损失，我们可以准确地预测散射场。它将表明，一个预先训练的网络可以微调不同的样本，并用于解决散射问题比其他数值解快得多。我们评估我们的方法与数值和实验结果。我们的物理信息神经网络可以推广到任何正向和反向散射问题。
2022-07-28 cs.AI cs.CE physics.optics
Deep learning approach to coherent noise reduction in optical diffraction tomography
我们提出了一种深度神经网络来减少三维定量相位成像中的相干噪声。受循环生成对抗网络的启发，去噪网络被训练来学习两个图像域之间的变换：干净和有噪声的折射率断层图像。该网络的独特之处在于，它使用了不成对的图像，这与以前在光学成像问题中使用的机器学习方法不同。通过对不同样本的去噪实验，定量地证明了学习后网络的性能和泛化能力。我们的结论是，应用我们的技术，以减少随时间变化的噪声出现在生物细胞的延时成像中的焦点漂移。这种减少不能使用其他光学方法进行去噪。
2018-11-16 eess.IV physics.optics
Unified k-space theory of optical coherence tomography
我们提出了一个光学相干层析成像（OCT）的一般理论，它综合了OCT的基本概念和实现下一个共同的三维k空间框架。这种分析的核心是傅里叶衍射定理，它将样品和平面波之间的相干相互作用与样品的3D k空间表示中的埃瓦尔德球联系起来。虽然只有OCT的轴向尺寸通常在k空间中进行分析，但我们表明，采用完全3D k空间形式主义可以解释OCT的几乎所有基本物理现象或属性，包括对比度机制，分辨率，色散，像差，有限的焦深和散斑。该理论还统一了衍射层析成像、共焦显微镜、点扫描OCT、线场OCT、全场OCT、贝塞尔光束OCT、透照OCT、干涉合成孔径显微镜（ISAM）和光学相干折射层析成像（OCRT）等。我们的统一理论不仅使人们能够清楚地了解现有的技术，而且还提出了新的研究方向，以继续推进OCT领域。
2020-12-09 physics.optics
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
Characterization of Two-photon Photopolymerization Fabrication using High-speed Optical Diffraction Tomography
双光子光聚合（TPP）最近已成为用于制造三维（3D）微米和纳米结构的流行方法。再现保真度的设计的微米和纳米结构的影响实验的写入条件，包括激光功率，曝光时间等，以确定适当的写入参数，表征的形态特征和表面粗糙度在实验过程中是必要的。TPP的传统表征方法，例如，扫描电子显微镜和原子力显微镜的速度有限，并且在没有侵入性方法的情况下不能研究内部结构。光学衍射层析成像（ODT）是一种新兴的无标记三维成像技术，其基础是以衍射极限分辨率重建物体的三维折射率分布。在这里，我们提出了一种非侵入性的解决方案，使用高速ODT技术来全面表征TPP制造的结构，这可以消除复杂的样品制备，例如荧光标记或金属涂层，并实现6 ms的完整3D测量时间。通过可视化和研究不同的TPP制造的结构，包括嵌入式螺旋和立方体，通过ODT系统，制造质量，包括3D形态特征、曝光水平和表面粗糙度。结果表明，我们的方法可以有效地提高TPP的制造质量和再现性，对纳米纤维界产生影响。
2022-07-10 physics.app-ph physics.optics
Fast unified reconstruction algorithm for conventional, phase-contrast and diffraction tomography
本文提出了一种从多个照明方向上采集的透射图像进行物体三维重建的统一方法。该方法可适用于与使用X射线、电子和其他形式的穿透辐射或物质波的基于吸收的、相衬或衍射成像相关的实验条件。相位恢复（也称为对比度传递函数校正）和埃瓦尔德球曲率的影响（在具有浅景深和显着的物内衍射的情况下）都被纳入所提出的算法中，并且可以被考虑在内。多次散射没有明确处理，但可以减轻作为角平均的结果，构成该方法的一个基本特征。相应的数值算法是基于三维网格，允许快速计算的实施，包括一个简单的并行化。该算法可以用于任何扫描几何涉及平面波照明。已经开发了实现所提出的算法的软件代码，在模拟和实验图像数据上进行了测试，并公开提供。
2022-07-08 physics.med-ph physics.optics
Parallax in angular sensitive powder diffraction tomography
本文研究角度敏感粉末衍射层析成像中的几何视差影响，发现其与其他偏移贡献可加、可直接校正，且在完整360°旋转扫描中不影响角信息重建。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci eess.IV physics.optics
Relative roles of multiple scattering and Fresnel diffraction in the imaging of small molecules using electrons, Part II: Differential Holographic Tomography
有人认为，在原子分辨率透射电子显微镜（TEM）的稀疏弱散射结构，如小的生物分子，多电子散射通常只有很小的影响，而分子内的菲涅耳衍射可以是显着的，由于本质上浅的焦深。这些事实表明，这种结构的三维重建从散焦图像系列收集在多个旋转方向的分子可以有效地执行为每个原子分别，使用非相干第一玻恩近似。相应的重建方法，这里称为差分全息层析，理论上开发和计算证明了几个数值模型的生物分子。结果表明，该方法是能够准确重建的原子在分子中的位置从TEM数据收集在一个小数目的随机取向的分子，与一个或多个散焦图像每个方向。可能的应用低温电子显微镜和其他领域进行了简要讨论。
2020-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Generalized Backpropagation Algorithms for Diffraction Tomography
滤波反向传播（FBPP）是用于衍射断层摄影（DT）的公知技术。为了使用FBPP精确重建复杂图像，需要完整的$360^{\circ}$角度覆盖。然而，已经表明，在断层摄影设置中使用投影数据中的一些固有冗余，在被称为最小扫描角度范围的$270^{\circ}$覆盖范围的情况下，精确重建仍然是可能的。这可以通过在对象的投影数据上应用加权函数（或滤波器）以消除冗余并从该较低的角度覆盖准确地重建图像来完成。本文演示了程序，以产生许多一般类的这些加权过滤器。这些在$270^{\circ}$覆盖下都是等效的，但是在较低的角度覆盖下和在存在噪声的情况下会有不同的表现。本文对角度覆盖范围小于$270^{\circ}$最小扫描角度时的不同滤波器进行了对比分析。仿真研究已经完成，以找到最佳的权重过滤器的子最小的角度覆盖。最佳权重可以生成与全$360^{\circ}$覆盖FBPP重建相当的图像。这些存在噪声的性能进行了分析。这些算法即使在$200^{\circ}$的角度覆盖下也能够重建几乎无失真的复杂图像。
2016-05-05 physics.med-ph physics.optics
Total variation-based reconstruction and phase retrieval for diffraction tomography
在光学衍射层析成像（ODT）中，通过一系列相干光的照射，可以恢复围绕其中心旋转的微观物体的三维散射势。诸如滤波反向传播的重建算法需要测量平面处的复值波的知识，而通常仅需要强度，即，无相位测量在实践中是可用的。我们提出了一种新的重建方法的ODT与未知的相位信息的基础上的三个关键成分。首先，光的传播模型使用玻恩近似，使我们能够使用傅里叶衍射定理。其次，我们通过利用原始-对偶迭代的全变差正则化来稳定非均匀离散傅里叶变换的反演，这也产生了一个新的具有已知相位的ODT的数值反演公式。第三个要素是混合投入产出计划。我们取得了令人信服的数值结果，这表明无相位数据的ODT是可能的。如此获得的2D和3D重建甚至可以与具有已知相位的重建相媲美。
2022-06-01 cs.NA eess.IV math.NA
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
Computational Approach to Dark-Field Optical Diffraction Tomography
三维（3D）图像的测量和亚细胞器的分析对于细胞和组织的病理生理学研究至关重要。光学衍射层析成像（ODT）通过重建三维折射率（RI）分布，促进了活细胞的无标记和定量成像。然而，在许多情况下，RI分布的对比度不足以有效区分活细胞中的亚细胞器。为了实现非标记活细胞亚细胞器的无标记和定量成像，增强对比度，我们提出了一种计算方法，使用ODT。我们证明，ODT的对比度可以通过在3D空间频率域中的空间高通滤波来增强，并且它在理论上产生与物理暗场照明等效的结果。在不改变ODT中使用的光学仪器的情况下，活细胞中的亚细胞器通过应用简单但有效的计算方法来清楚地区分，该方法通过与3D落射荧光图像的比较来验证。我们期望所提出的方法将满足无标记细胞器观测的需求，并将扩展到充分利用三维RI分布中的复杂信息。
2019-10-04 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Deep learning-enabled image quality control in tomographic reconstruction: Robust optical diffraction tomography
在断层摄影重建中，重建图像的图像质量可能由于测量的二维（2D）原始图像数据中的缺陷而显著降低。尽管筛选有缺陷的2D图像的重要性，强大的断层重建，人工检查和基于规则的自动化遭受低吞吐量和准确性不足，分别。在这里，我们提出了基于深度学习的全息数据质量控制，以产生鲁棒和高吞吐量的光学衍射断层扫描（ODT）。其关键思想是将专家的知识提取到深度卷积神经网络中。我们建立了一个广泛的光场图像数据库，其中包含干净/嘈杂的注释，然后根据数据训练了一个二进制分类网络。经过训练的网络优于非专家用户的视觉检查和广泛使用的基于规则的算法，测试准确率> 90%。随后，我们证实，优越的筛选性能显着提高断层图像的质量。为了进一步确认训练模型的性能和可推广性，我们对使用未用于生成训练数据集的设置获得的看不见的生物细胞数据进行了评估。最后，我们使用各种可视化技术解释训练模型，这些技术提供了每个模型推理的显着性图。
2019-03-05 eess.IV physics.optics
Ghostbuster: a phase retrieval diffraction tomography algorithm for cryo-EM
本文提出Ghostbuster算法，通过恢复电子出射波相位并考虑一阶Born近似散射，有效消除了cryo-EM中薄粒子重建产生的ghosts伪影，无需修改现有数据采集流程即可提升重建质量。
2024-01-03 physics.comp-ph physics.optics
Efficient Inversion of Multiple-Scattering Model for Optical Diffraction Tomography
École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出基于非线性Lippmann-Schwinger模型的高效反演方法，通过显式推导雅可比矩阵公式，提升数据保真度梯度计算效率，适用于稀疏约束下的反散射问题求解。
2017-08-31 cs.CE cs.NA math.NA
Optical Diffraction Tomography based on 3D Physics-Inspired Neural Network (PINN)
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
光学衍射层析成像（ODT）是一种新兴的三维成像技术，用于半透明样品折射率（RI）的三维重建。已经提出了各种逆模型来基于不同样品的全息检测来重建3D RI，诸如Born近似和Rytov近似。然而，这样的近似通常遭受所谓的缺失锥问题，其导致最终重建沿着光轴的伸长。已经提出了不同的迭代方案来解决丢失锥问题，依赖于物理正演模型和误差函数，该误差函数旨在填充k空间，从而消除丢失锥问题并达到更好的重建精度。在本文中，我们提出了一种不同的方法，其中采用3D神经网络（NN）。神经网络是用从基于光波传播物理学的物理模型导出的成本函数训练的。3D NN从3D RI重建的初始猜测（即Born或Rytov）开始，旨在基于误差函数重建更好的3D重建。使用这种技术，可以在没有不适定重建（Born或Rytov）和地面真实（真实形状）之间关系的任何示例的情况下训练NN。
2022-06-10 cs.CV 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
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
Fluorescence Diffraction Tomography using Explicit Neural Fields
本研究提出结合显式神经场的荧光衍射层析成像技术，通过四大关键组件实现反射模式下从衍射荧光图像重建三维折射率，可对体外大体积异质生物样本完成高精度高分辨率成像。
2024-08-19 eess.IV physics.optics
Diffraction tomography with a deep image prior
我们提出了一种断层成像技术，称为深度先验衍射断层扫描（DP-DT），重建的3D折射率（RI）厚的生物样品在高分辨率从一系列低分辨率的图像收集下的角度变化的照明。DP-DT使用通过深度图像先验（DIP）扩展的相位恢复算法处理多角度数据，该算法使用未经训练的深度生成3D卷积神经网络（CNN）重新参数化3D样本重建。我们表明，DP-DT有效地解决了丢失的圆锥体问题，否则会降低标准3D重建算法的分辨率和质量。由于DP-DT不需要预先捕获的数据或预先训练，因此它不会偏向任何特定的数据集。因此，它是一种通用技术，可以应用于各种各样的3D样本，包括用于监督训练的大型数据集不可行或昂贵的场景。我们应用DP-DT获得珠幻影和复杂的生物标本的3D RI图，无论是在模拟和实验中，并表明DP-DT产生更高质量的结果比标准的正则化技术。我们进一步证明了DP-DT的一般性，使用两种不同的散射模型，第一玻恩和多切片模型。我们的研究结果指出了DP-DT对其他3D成像方式的潜在好处，包括X射线计算机断层扫描，磁共振成像和电子显微镜。
2019-12-10 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Imaging cloaked objects: diffraction tomography of realistic invisibility devices
针对现有隐身器件检测手段不足的问题，本研究提出利用衍射层析成像技术挖掘被散射截面忽略的相位、角度等信息，可提升多种隐身斗篷的检测灵敏度并获取其形貌图像，还可提升密排颗粒层析成像对比度，且可拓展至声斗篷检测。
2022-01-24 physics.app-ph physics.optics
Model-based framework for automated quantification of error sources in quantum state tomography
本文提出一种结合模拟与参数优化的自动化框架，通过最小化迹距离量化量子态层析中的误差源，将迹距离从0.177降至0.024，解释86%误差，并适用于多种量子平台。
2025-08-07 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Non steady-state thermometry with optical diffraction tomography
本文利用光学衍射层析成像测温技术研究金纳米棒微腔系统的非稳态热场，揭示热导率、腔高和脉冲时长的影响，并展示其在复杂三维热源和动态系统中的测温优势。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
