Optically computed compressive OCT for ultra-high speed phase-resolved dynamic imaging

用于超高速相位分辨动态成像的光学计算压缩 OCT

基本信息

  • 批准号:
    10321947
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The objective of this study is to investigate an optically computed compressive optical coherence tomography (OCC- OCT) technology for ultra-high speed phase-resolved dynamic imaging. Optical coherence tomography (OCT) is a cross- sectional imaging modality based on low coherence light interferometry. OCT has been used to image mechanical motion at cellular and tissue level for various biomedical applications. However, the state-of-the-art OCT technology does not provide sufficiently high spatiotemporal resolution to image en face plane or other arbitrary 2D planes, which limits its capability to study many biologically significant dynamic events. Here we propose an OCC-OCT technology that tracks subtle motion within an extended field of view, by utilizing an innovative optical computation strategy for snap shot phase resolved imaging. To achieve depth resolution and phase sensitivity, the OCC-OCT system uses a hardware optical computation module to calculate the inner product between interferometric spectra and a chosen Fourier basis function. In addition, the output of the optical computation module is hardware compressed within the framework of compressive sensing. A digital micromirror device (DMD) imposes a set of random spatial masks during the camera’s exposure time. Given the known random pattern used for modulation, high speed scenes are reconstructed within the framework of compressive sensing by promoting sparsity. With unprecedented spatiotemporal accuracy, OCC-OCT enables quantitative analysis of dynamic phenomenon (A(r, t)) on its temporal evolution (∂A(r, t)/∂t) and spatial propagation (∇A(r, t)), which is crucial to establish mathematical models to reveal the underlying mechanisms of dynamic events in biological systems. In this project, OCC-OCT system will be developed and evaluated. The imaging system will be used to perform spatially resolved dynamic imaging and 3D cell tracking. OCC-OCT is anticipated to advance many fields of biophotonics, including optical coherence elastography, optical coherence angiography, optogenetics and neural activity imaging, 3D tracking of unlabeled cells, etc.
项目摘要 这项研究的目的是研究光学计算的压缩光学相干断层扫描(OCC- OCT)超高速度分辨动态成像的技术。光学相干断层扫描(OCT)是一个交叉 基于低相干光干扰的部分成像方式。 OCT已用于图像机械运动 在各种生物医学应用的细胞和组织水平上。但是,最先进的OCT技术没有 提供足够高的时空分辨率来形象face平面或其他任意2D平面,这限制了其 能够研究许多具有生物学意义的动态事件的能力。在这里,我们提出了一种跟踪的OCC-OCT技术 通过使用创新的光学计算策略来进行快照射击阶段,在扩展视野内的微妙运动 已解决的成像。为了实现深度分辨率和相位灵敏度,OCC-OCT系统使用硬件光学 计算模块以计算干涉光谱和选定的傅立叶基函数之间的内部产物。在 此外,光学计算模块的输出是在压缩框架内压缩的硬件 感应。数字微龙设备(DMD)在相机的曝光时间内不可能一组随机的空间口罩。 鉴于已知的随机模式用于调制,高速场景被重建 通过促进稀疏性来压缩灵敏度。 OCC-OCT具有前所未有的时空精度,可以定量 动态现象(a(r,t))对其临时进化(∂A(r,t)/∂t)和空间传播(∇A(r,t))的分析 建立数学模型至关重要,以揭示生物系统中动态事件的潜在机制。 在此项目中,将开发和评估OCC-OCT系统。成像系统将用于空间执行 已解决的动态成像和3D单元格跟踪。 OCC-OCT预计会推进许多生物素化学领域, 包括光学相干弹性造影,光学相干血管造影,光遗传学和神经活动成像,3D 跟踪未标记的细胞等。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Far-red BODIPY-based oxime esters: photo-uncaging and drug delivery.
  • DOI:
    10.1039/d3tb01867a
  • 发表时间:
    2023-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhaoxiong Wan;Shupei Yu;Qi Wang;Karthik Sambath;Roshena Harty;Xiangshan Liu;Hao Chen;Chen Wang;Xuan Liu;Yuanwei Zhang
  • 通讯作者:
    Zhaoxiong Wan;Shupei Yu;Qi Wang;Karthik Sambath;Roshena Harty;Xiangshan Liu;Hao Chen;Chen Wang;Xuan Liu;Yuanwei Zhang
Optically computed phase microscopy to assess cellular uptake of lipid nanoparticles.
光学计算相位显微镜评估细胞对脂质纳米颗粒的摄取。
Optically computed phase microscopy for quantitative dynamic imaging of label-free cells and nanoparticles.
  • DOI:
    10.1364/boe.449034
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Xuan Liu;Zhaoxiong Wan;Yuanwei Zhang;Yuwei Liu
  • 通讯作者:
    Xuan Liu;Zhaoxiong Wan;Yuanwei Zhang;Yuwei Liu
Quantitative dynamic cellular imaging based on 3D unwrapped optically computed phase microscopy.
  • DOI:
    10.1364/ao.463843
  • 发表时间:
    2022-09-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Liu, Xuan;Liu, Yuwei;Wan, Zhaoxiong;Gunasekar, Arun Kumar;Zhang, Yuanwei
  • 通讯作者:
    Zhang, Yuanwei
Label-free full-field Doppler phase microscopy based on optical computation.
基于光学计算的无标记全视场多普勒相位显微镜。
  • DOI:
    10.1364/boe.479255
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Liu,Yuwei;Yu,Shupei;Zhang,Yuanwei;Liu,Xuan
  • 通讯作者:
    Liu,Xuan
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