任何理科学生都知道，你必须将光学显微镜聚焦在样品上才能获得清晰的图像。对吗？错。研究人员已经找到了一种实用的方法，可以从样品焦点平面上方和下方光线照射的部分提取清晰的图像。这种新方法可能很快使医生无需从患者身上取出一块组织即可诊断肿瘤。
从身体中物理移除可疑细胞进行活检是必要的，因为传统的显微镜只能在单个深度获得清晰的图像——即光线聚焦的位置。 新方法可以一次扫描数毫米的组织，并构建整个区域的清晰图像。
“我们之前有一个先入为主的观念，认为我们成像的东西必须在焦平面上，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的医师和生物工程师 Stephen Boppart 说，他是该项目的首席研究员。“现在我们可以收集 3D 数据体，其分辨率与之前仅在焦点处可获得的分辨率相同，”他说。“这可能使我们能够以非常高的分辨率非常快速地扫描非常大面积的组织。”
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秘诀是捕捉来自焦点外物体的多次反射，并进行数字运算以重建它们的图像，类似于某些 X 射线和雷达扫描中使用的技术。 Boppart 说，他的团队已经使用该方法实时生成图像。“如果他们能做到这一点，那就太棒了，”杜克大学的生物医学工程师 Joseph Izatt 说。“这克服了显微镜学的基本限制。”
该技术依赖于激光的一个称为相干性的特性，这意味着它由所有同步振动的电磁波组成。当光线从表面反射时，反射光波保持相干性，但在位置上彼此略有偏移，从而在它们之间产生干涉。 所谓的 оптическая когерентная томография (OCT) 显微镜（光学相干断层扫描显微镜）在 15 年前开发出来，它从激光焦平面发出的干涉图案（一组明暗点）重建清晰的图像。
Boppart 说，他和他的同事观察到，他们也可以从焦点上方和下方产生的干涉图案中重建相同类型的高分辨率图像。“信息就在那里；只是需要以不同的方式处理，”他说。
焦点平面外的入射光波变得越来越弯曲，就像手在焦点周围形成杯状。 Boppart 说，诀窍是将每个弯曲的波看作是由许多指向不同方向的直波组成的。 当这组直波从单个物体（如细胞）反射时，它会产生自己的干涉图案，计算机程序可以将其分解为高分辨率图像，该小组在本月出版的《自然·物理学》杂志上报告。
Izatt 说，将该技术扩展到肿瘤应该只需要对在手术或检查期间插入体内的现有镜子进行少量修改。“如果你可以通过针头或导管进行光学活检，你可以立即获得信息”，并有可能在那时开始治疗，他说。