傳統(tǒng)的臨床影像方法包括超聲、X光CT和核磁共振成像MRI等。而國(guó)際上新出現(xiàn)的“光學(xué)活檢”是一種比傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像高近百倍分辨率的光學(xué)相干層析成像技術(shù)(OCT)。它不需要切取待測(cè)組織樣品,只需對(duì)活體進(jìn)行光掃描即可得到細(xì)胞分辨水平的組織斷層圖像,分辨出細(xì)胞層次結(jié)構(gòu)和形態(tài)。
光學(xué)相干層析成像技術(shù)(OCT)作為一種新型的無(wú)損、高分辨光學(xué)斷層三維成像方法,在生物、醫(yī)學(xué)、材料等許多領(lǐng)域中具有非常重要的應(yīng)用,是光學(xué)影像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
但在薛平教授研究組研制成果出現(xiàn)之前,OCT技術(shù)一直存在一個(gè)成像速度的瓶頸問(wèn)題。對(duì)于一些醫(yī)學(xué)、生物學(xué)上的快變過(guò)程,如果成像速度不夠快、會(huì)導(dǎo)致圖像的模糊與失真,從而難以進(jìn)行相關(guān)的分析。因此,對(duì)快速動(dòng)態(tài)過(guò)程的檢測(cè),成像速度起著至關(guān)重要的作用。但要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清三維光學(xué)相干層析成像,當(dāng)前每秒數(shù)百幀的成像速度仍然不夠。其中的瓶頸在于圖像數(shù)據(jù)處理速度受限于現(xiàn)有圖像傳感器(CCD)獲取數(shù)據(jù)的速度及中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)的運(yùn)算速度。如何進(jìn)一步提高光學(xué)相干層析成像的處理速度,成為目前相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,物理系博士后張曉等人在導(dǎo)師薛平教授指導(dǎo)下,獨(dú)辟蹊徑地提出一種新型的高速光計(jì)算方法,首次應(yīng)用于光學(xué)相干層析成像并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。新技術(shù)使用具有計(jì)算功能的光路,高速處理包含樣品三維結(jié)構(gòu)信息的海量數(shù)據(jù),徹底擺脫了傳統(tǒng)方法中圖像傳感器(CCD)和高性能中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)的運(yùn)算速度對(duì)成像速度的制約,實(shí)現(xiàn)了1000萬(wàn)次線(xiàn)掃描/秒(相當(dāng)于1萬(wàn)幀/秒高清圖像)的高速光學(xué)相干層析成像,為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維高清光學(xué)相干層析成像提供了一條全新的道路。
目前,這是世界上最快的光學(xué)相干層析成像速度。
清華大學(xué)物理系教授薛平研究組于2016年11月21日在《科學(xué)報(bào)告》(Scientific Reports)期刊在線(xiàn)發(fā)表題為《用于光學(xué)相干層析成像的光計(jì)算技術(shù)》的研究論文,報(bào)道了這種新型基于光計(jì)算的高速光學(xué)相干層析系統(tǒng)。該領(lǐng)域著名媒體“光學(xué)相干層析成像新聞”(Optical Coherence Tomography News)將該成果列為“每周特色”(feature of the week),進(jìn)行了為期一周的重點(diǎn)介紹,認(rèn)為這是本領(lǐng)域的重要進(jìn)展。