亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁產業資訊醫材報導醫材產業藉助光場技術的進步,可實現3D光學活檢

藉助光場技術的進步,可實現3D光學活檢

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/05/15
Antony Orth博士手持研究中使用的超薄微內視鏡,揭示了現有技術的3D成像潛力。圖片來源:皇家墨爾本理工大學

研究人員已經證明,現有的光纖技術可用於生成體內組織的微觀3D圖像,為3D光學活檢鋪平了道路。

與收集組織並送往實驗室進行分析的正常活組織檢查不同,光學活組織檢查使臨床醫生能夠即時檢查體內的活組織。

這種微創方法使用超薄微內視鏡來對準體內進行診斷或手術,但現行內視鏡手術通常只產生2D圖像。

現在,由皇家抹爾本理工大學RMIT領導的研究,揭示了現有微型內視鏡技術的3D潛力。

這項題為『光纖束:超薄光場成像探頭研究』,發表於《Science Advances》。此項開發是邁向3D光學活檢、改善診斷和精確手術的關鍵第一步。

主要作者Antony Orth博士表示,新技術使用光場成像方法在立體視覺中產生顯微圖像,類似於戴著3D眼鏡觀看的3D電影。

Orth說:「立體視覺是人類視覺的自然形式。我們從兩個不同的角度觀察一個物體,並在我們的大腦中處理這些物體以感知深度。」

「我們已經證明可以用微型內視鏡中的數千根微纖維做類似的事情。」

「事實證明,這些光纖可以自然地從多個視角捕捉圖像,從而為我們提供微觀尺度的深度感知。

「我們的方法可以處理所有這些微觀圖像,並結合視點,提供被檢查組織的深度渲染可視化3D圖像。」

研究表明,光纖束以光場的形式傳輸3D訊息。

研究人員面臨的挑戰是利用紀錄的資訊,對其進行解讀並生成有意義的圖像。

他們的新技術不僅克服了這些挑戰,甚至在光纖彎曲時也能產生作用,這對於人體臨床使用至關重要。

該方法借鑒了光場成像的原理,傳統上,多個相機從略微不同的視角觀察同一場景。

光場成像系統測量撞擊每個相機的光線角度,紀錄關於光的角度分佈資訊,以產生「多視點圖像」。但是如何透過光纖紀錄這種角度資訊呢?

Orth說:「我們所做的關鍵觀察是,光線的角度分佈巧妙地隱藏在這些光纖束透射光的細節中。光纖基本上『記住』最初發光的方式 - 另一側的光線模式,取決於光線進入光纖的角度。」

考慮到這一點,RMIT研究團隊開發了一個數學框架,將輸出模式與光線角度相聯結。

「透過測量進入系統的光線角度,我們可以僅使用單個圖像中的資訊來計算顯微螢光樣品的3D結構,」CNBP首席研究員兼副主任Brant Gibson教授說。

因此,光纖束就像一個小型化的光場相機。

「令人興奮的是,我們的方法與已在臨床使用的光纖束完全相容,因此3D光學活檢可能很快就會成為實際。」

除醫療應用外,超薄光場成像設備,還可用於生物研究中的體內3D螢光顯微術。