傅里叶叠层显微成像技术：高分辨率与深度扩展

"傅里叶叠层显微成像技术是一种创新的光学成像方法，它结合了大孔径和高分辨率的特点，通过迭代合成不同照明条件下的低分辨率强度图像在傅里叶空间中的信息，从而实现宽视场、高分辨率的复杂样本图像。这种方法还能够校正像差，并通过数字手段将显微镜的景深扩展到其物理限制之外。" 傅里叶叠层显微成像（FPM）技术是基于光学成像原理的先进方法，其核心在于利用傅里叶变换的性质来提升成像质量。在传统的光学显微镜中，物镜的分辨率和视场通常受到衍射极限的约束，而FPM通过获取一系列不同照明角度的图像，然后在傅里叶域进行处理，实现了超越这些限制的可能性。 在FPM技术中，每个低分辨率的图像对应于不同的照明模式，这些模式在傅里叶空间中形成互补的信息。通过对这些信息进行迭代拼接，可以重建出高分辨率的复数图像，即包含幅度和相位信息的完整图像。这使得FPM在保持大视场的同时，也能够获得细节丰富的图像。 FPM还引入了一种波前校正策略，这对于消除由于系统光学元件不完善或样品本身引起的像差至关重要。通过这种校正，FPM可以扩大显微镜的有效深度范围，使其具有不变的分辨率深度。例如，所构建的原型显微镜在632纳米波长下，分辨率达到了0.78微米，视场约为120平方毫米，且具有0.3毫米的深度焦点（在相同条件下测量）。 为了验证FPM技术的有效性，研究人员拍摄了病理切片的吉咖像素彩色图像，这些结果显示FPM成功地实现了高通量、高分辨率的成像。这一成像过程的转变意味着，以前受限于系统光学元件性能的高通量、高分辨率显微问题，现在可以通过计算手段来解决，极大地拓展了显微镜的应用潜力。 值得注意的是，成像平台的吞吐量往往受到空间带宽产品（Space-Bandwidth Product, SWBP）的限制，这是决定光学系统分辨率和视场的关键因素。FPM通过计算后处理的方式，有效地提升了SWBP，从而提高了系统的整体性能。 傅里叶叠层显微成像技术是一种革命性的光学成像解决方案，它通过组合多个低分辨率图像并利用傅里叶变换，实现了高分辨率、大视场和深景深的成像效果，为生物医学研究、材料科学和其他领域的显微成像应用提供了新的可能性。