荧光照明衍射断层成像：反射模式下多模态荧光-相位三维重构

《Nature Communications》：Fluorescence-illuminated diffraction tomography using explicit neural fields

　　

摘要

多模态荧光与相位成像为生物样本提供了互补信息。然而，现有的同步荧光-相位技术主要在透射模式下运行，仅适用于薄样本，限制了其在厚组织和活体场景中的应用。尽管多光子显微镜能够实现深层组织的荧光成像，但将其与三维折射率（RI）成像相结合仍具有挑战性，因为很少有方法能够在反射模式下以亚细胞分辨率重建体积较大的无标记组织的折射率。在此，我们提出了荧光照明衍射断层成像（FDT），该方法能够从双光子激发下反射模式获取的衍射荧光图像中重建无标记和荧光标记物体的三维折射率。FDT采用光强传输方程以及基于显式神经场的自监督神经网络。与最先进的隐式神经场相比，该方法在计算速度、重建精度和可解释性方面均有提升。我们在两种实验方案中展示了FDT：重建放置在荧光基底上、厚度达300 μm的无标记组织的三维折射率，以及在无透射端可及的情况下，利用细胞自身发射的荧光重建荧光标记的三维培养细胞的三维折射率。FDT为复杂生物系统中可行的反射模式多模态荧光-相位成像奠定了基础。