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中国科学家提出无标记双向波前校正技术，突破散射介质显微成像分辨率瓶颈
2026年06月20日 15:18:16
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：5335
中国科学院西安光机所团队提出一种无导星双向波前校正成像技术，能同时补偿照明与探测光路的散射畸变，将透过散射介质的显微分辨率提升约1.76倍，成果发表于《Journal of Physics: Photonics》。
近日，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学研究室在透过散射介质光学显微成像领域取得重要进展。研究团队创新性地提出一种无导星双向波前校正成像技术，将波前整形与图像扫描显微技术相融合，在多层散射介质中实现了高分辨成像，系统分辨率相比单纯散射校正提升约1.76倍。相关研究成果发表于国际学术期刊《Journal of Physics: Photonics》。
光学显微成像因非侵入、无损伤等优势，是生命科学研究的重要工具。然而，生物组织内部折射率极不均匀，光线穿过时会产生严重散射和波前畸变，导致成像模糊，并极大限制观测深度。传统散射补偿技术普遍存在系统复杂、计算量大、依赖荧光标记等问题。透射式显微术难以同时校正照明与探测路径的波前畸变，而波前整形方法虽可实现散射光场聚焦，但受聚焦光斑尺寸限制，成像分辨率仍然不足。
针对这一难题，研究团队提出一种全新的无导星双向波前校正成像策略。该技术利用样品自身的反射光作为反馈信号，通过单一空间光调制器，同时对入射照明光和返回探测光的波前畸变进行补偿，无需荧光标记即可实现非侵入的光学重聚焦。在此基础上，研究人员引入像素重分配(即图像扫描显微技术)进一步压缩聚焦光斑尺寸，并结合逐步增加调控单元数量的校正策略与分层散射补偿机制，在保证校正精度的同时大幅提升计算效率。
实验显示，在总光学厚度达到1.82的三层散射介质中，该技术成功实现了高质量光场聚焦。结合像素重分配与去卷积处理，系统的成像分辨率相较于仅进行散射校正的结果提升了约1.76倍，其中像素重分配环节贡献了1.35倍的分辨率提升。
该研究解决了光学显微成像中照明与探测路径散射畸变难以同时补偿的问题，为生物组织深层高分辨成像开辟了新路径，未来有望应用于生物医学检测等领域。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及陕西省重点研发计划等项目的支持。
据了解，西安光机所姚保利研究员团队长期深耕透过散射介质成像和光学显微成像，近年来已取得系列进展，涵盖透过动态散射介质成像、非侵入散射显微成像以及双光子自适应光学成像等方向，相关成果先后发表于《Nanophotonics》《Photonics Research》《Applied Physics Letters》《Optics Express》等国际期刊。此次新成果进一步拓展了反射式散射显微成像的实用化路径，为厚组织成像和临床诊断等场景提供了潜在技术方案。
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