UCLA Luncurkan Teknologi Pencitraan 3D Terobosan untuk Melihat ke Dalam Objek

Desain pencitraan fase kuantitatif multibidang serba optik menghilangkan kebutuhan akan algoritma pemulihan fase digital.

Universitas California, California Para peneliti telah memperkenalkan terobosan dalam pencitraan fase kuantitatif 3D yang memanfaatkan prosesor optik difraktif multipleks panjang gelombang untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan pencitraan. Metode ini memungkinkan pencitraan beresolusi tinggi tanpa label di beberapa bidang dan memiliki aplikasi potensial yang signifikan dalam diagnostik biomedis, karakterisasi materials, dan analisis lingkungan.

Pengantar Pencitraan Fase Kuantitatif

Gelombang cahaya, saat merambat melalui suatu medium, mengalami penundaan waktu. Penundaan ini dapat mengungkap informasi penting tentang karakteristik struktural dan komposisi yang mendasarinya. Pencitraan Fase Kuantitatif (QPI) adalah teknik optik mutakhir yang mengungkap variasi panjang lintasan optik saat cahaya bergerak melalui sampel biologis, materials, dan struktur transparan lainnya. Tidak seperti metode pencitraan tradisional yang mengandalkan pewarnaan atau pelabelan, QPI memungkinkan peneliti untuk memvisualisasikan dan mengukur variasi fase dengan menghasilkan gambar kontras tinggi yang memungkinkan penyelidikan noninvasif yang penting bagi bidang-bidang seperti biologi, ilmu materials, dan teknik.

Sebuah studi baru-baru ini dilaporkan pada tanggal 25 Juli di Fotonik Tingkat Lanjut memperkenalkan pendekatan mutakhir untuk QPI 3D menggunakan prosesor optik difraktif multipleks panjang gelombang. Pendekatan inovatif ini, yang dikembangkan oleh para peneliti di College of California, Los Angeles (UCLA), menawarkan solusi efektif untuk mengatasi hambatan yang disebabkan oleh metode QPI 3D tradisional, yang dapat memakan waktu dan membutuhkan komputasi intensif.

Peneliti UCLA melaporkan metode baru untuk pencitraan fase kuantitatif dari objek fase-saja 3D menggunakan prosesor optik difraktif yang dimultipleks panjang gelombang. Dengan memanfaatkan beberapa lapisan difraktif yang direkayasa secara spasial yang dilatih melalui pembelajaran mendalam, prosesor difraktif ini dapat secara optik mengubah distribusi fase dari beberapa objek 2D pada berbagai posisi aksial menjadi pola intensitas, masing-masing dikodekan pada saluran panjang gelombang yang unik. Pola-pola yang dimultipleks panjang gelombang ini diproyeksikan ke satu bidang pandang (FOV) pada bidang keluaran prosesor difraktif, yang memungkinkan penangkapan distribusi fase kuantitatif dari objek masukan yang terletak pada bidang aksial yang berbeda menggunakan sensor gambar intensitas-saja – menghilangkan kebutuhan untuk algoritma pemulihan fase digital. Kredit: C. Shen dkk., doi 10.1117/1.AP.6.5.056003.

Inovasi UCLA dalam Pemrosesan Optik

Tim UCLA mengembangkan prosesor optik difraktif multipleks panjang gelombang yang mampu mengubah distribusi fase semua-optik dari beberapa objek 2D pada berbagai posisi aksial menjadi pola intensitas, masing-masing dikodekan pada saluran panjang gelombang yang unik. Desain ini memungkinkan untuk menangkap gambar fase kuantitatif dari objek enter yang terletak pada bidang aksial yang berbeda menggunakan sensor gambar intensitas saja, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk algoritma pemulihan fase digital.

“Kami sangat antusias dengan potensi pendekatan baru ini untuk pencitraan dan penginderaan biomedis,” kata Aydogan Ozcan, peneliti utama dan Profesor Rektor di UCLA. “Prosesor optik difraksi multipleks panjang gelombang kami menawarkan solusi baru untuk pencitraan spesimen transparan beresolusi tinggi dan bebas label, yang dapat sangat bermanfaat bagi aplikasi mikroskopi biomedis, penginderaan, dan diagnostik.”

Pencitraan Multibidang dan Aplikasinya

Desain QPI multibidang yang inovatif menggabungkan multiplexing panjang gelombang dan elemen optik difraktif pasif yang dioptimalkan secara kolektif menggunakan pembelajaran mendalam. Dengan melakukan transformasi fase ke intensitas yang dimultipleks secara spektral, desain ini memungkinkan pencitraan fase kuantitatif spesimen yang cepat di beberapa bidang aksial. Kekompakan sistem ini dan kemampuan pemulihan fase optik sepenuhnya menjadikannya alternatif analog yang kompetitif untuk metode QPI digital tradisional.

Eksperimen pembuktian konsep memvalidasi pendekatan tersebut, menunjukkan keberhasilan pencitraan objek fase berbeda pada posisi aksial berbeda di Terahertz spektrum. Sifat desain yang dapat diskalakan juga memungkinkan adaptasi ke berbagai bagian spektrum elektromagnetik, termasuk pita tampak dan IR, menggunakan metode fabrikasi nano yang tepat, membuka jalan bagi solusi pencitraan fase baru yang terintegrasi dengan susunan bidang fokus atau susunan sensor gambar untuk pencitraan dan perangkat penginderaan pada chip yang efisien.

Implikasi bagi Sains dan Teknologi

Penelitian ini memiliki implikasi signifikan untuk berbagai bidang, termasuk pencitraan biomedis, penginderaan, ilmu materials, dan analisis lingkungan. Dengan menyediakan metode yang lebih cepat dan lebih efisien untuk 3D QPI, teknologi ini dapat meningkatkan prognosis dan studi penyakit, karakterisasi materials, dan pemantauan sampel lingkungan, di antara aplikasi lainnya.

Referensi: “Pencitraan fase kuantitatif multibidang menggunakan prosesor optik difraktif multipleks panjang gelombang” oleh Che-Yung Shen, Jingxi Li, Yuhang Li, Tianyi Gan, Langxing Bai, Mona Jarrahi dan Aydogan Ozcan, 25 Juli 2024, Fotonik Tingkat Lanjut.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1117/1.AP.6.5.056003