任何理科學生都知道，你必須將光學顯微鏡聚焦在樣品上才能獲得清晰的影像。對嗎？錯。研究人員已經找到了一種實用的方法，可以從樣品焦點平面上方和下方光線照射的部分提取清晰的影像。這種新方法可能很快使醫生無需從患者身上取出一塊組織即可診斷腫瘤。
從身體中物理移除可疑細胞進行活檢是必要的，因為傳統的顯微鏡只能在單個深度獲得清晰的影像——即光線聚焦的位置。 新方法可以一次掃描數毫米的組織，並構建整個區域的清晰影像。
“我們之前有一個先入為主的觀念，認為我們成像的東西必須在焦平面上，”伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的醫師和生物工程師 Stephen Boppart 說，他是該專案的首席研究員。“現在我們可以收集 3D 資料體，其解析度與之前僅在焦點處可獲得的解析度相同，”他說。“這可能使我們能夠以非常高的解析度非常快速地掃描非常大面積的組織。”
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秘訣是捕捉來自焦點外物體的多次反射，並進行數字運算以重建它們的影像，類似於某些 X 射線和雷達掃描中使用的技術。 Boppart 說，他的團隊已經使用該方法即時生成影像。“如果他們能做到這一點，那就太棒了，”杜克大學的生物醫學工程師 Joseph Izatt 說。“這克服了顯微鏡學的基本限制。”
該技術依賴於雷射的一個稱為相干性的特性，這意味著它由所有同步振動的電磁波組成。當光線從表面反射時，反射光波保持相干性，但在位置上彼此略有偏移，從而在它們之間產生干涉。 所謂的 оптическая когерентная томография (OCT) 顯微鏡（光學相干斷層掃描顯微鏡）在 15 年前開發出來，它從雷射焦平面發出的干涉圖案（一組明暗點）重建清晰的影像。
Boppart 說，他和他的同事觀察到，他們也可以從焦點上方和下方產生的干涉圖案中重建相同型別的高解析度影像。“資訊就在那裡；只是需要以不同的方式處理，”他說。
焦點平面外的入射光波變得越來越彎曲，就像手在焦點周圍形成杯狀。 Boppart 說，訣竅是將每個彎曲的波看作是由許多指向不同方向的直波組成的。 當這組直波從單個物體（如細胞）反射時，它會產生自己的干涉圖案，計算機程式可以將其分解為高解析度影像，該小組在本月出版的《自然·物理學》雜誌上報告。
Izatt 說，將該技術擴充套件到腫瘤應該只需要對在手術或檢查期間插入體內的現有鏡子進行少量修改。“如果你可以透過針頭或導管進行光學活檢，你可以立即獲得資訊”，並有可能在那時開始治療，他說。