一种新型无透镜成像方法：助力医学仪器研发

在坦佩雷大学牵头的一项研究中，研究人员开发出一种新的无透镜成像方法，只需一张图像就能获得活细胞的精确量化数据。这套系统结构紧凑，可放入标准细胞培养箱内，从而对活细胞进行连续数小时甚至数天的监测，无需染色或其他标记。该研究发表在《应用物理快报》上。

研究人员开发出一种名为 SF-PULSE 的新型无透镜定量相位成像方法，把基于人工智能的神经网络与物理信息驱动的图像重建结合起来。

该方法专为一种紧凑型成像系统而设计，这种系统可直接在标准细胞培养箱内运行。这样一来，细胞就能被连续监测数小时甚至数天，既不用染色，也无需反复取出培养箱去成像。

定量相位成像技术无需染色，就能观察活的透明细胞。除了生成细胞图像，它还能提供有关细胞生长、大小和生物量变化等特征的定量信息。

研究人员着手解决定量相位成像的两大局限。传统定量相位成像方法通常依赖庞大复杂的显微镜系统，很难在细胞培养箱内做长期监测。此外，在无透镜系统中还原相位信息是个棘手的计算难题，过去往往需要多张图像或额外光学元件。

该研究第一作者、坦佩雷大学信息技术与通信科学学院的Igor Shevkunov说：“我们的 SF-PULSE 方法能从单张测量图像中重建定量相位信息，不需要复杂的光学硬件。它减少了计算误差，提高了重建稳定性，还能准确长期追踪单个细胞。”

这一成果意义重大，因为它能对大量细胞进行长期、不间断、无标记的监测。该方法能给出单个细胞行为的定量信息，这往往比只分析细胞群体的平均行为提供的信息多得多。

坦佩雷大学医学与健康技术学院大学讲师、分子信号研究组负责人 Meenakshisundaram Kandhavelu 说：“重要的是，研究人员不仅能追踪细胞群体如何变化，还能观察单个细胞随时间如何生长、移动、分裂，以及生物量如何增减。这通常比只考察细胞群体的平均行为更有价值。”

SF-PULSE 不只是多了一种成像手段，它还有望催生全新的生物学实验。该方法可支持药物反应研究、毒性筛选和细胞死亡机制探索等应用。

由于系统紧凑、无需透镜，并能在宽视野下同时监测数百甚至数千个细胞，未来它还可用于自动化生物分析，以及新型生物医学仪器的研发。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1063/5.0353436