高分解能・広視野のフーリエ・プティコグラフィー顕微鏡とその生物医学への応用

High-resolution and large field-of-view Fourier ptychographic microscopy and its applications in biomedicine.

• An Pan
• Chao Zuo
• Baoli Yao

抄録

フーリエプチキソグラフィ顕微鏡（FPM）は、高分解能（HR）、広視野（FOV）、定量的な位相回復を備えた有望で急成長している計算機イメージング技術であり、位相損失、収差によるアーチファクト、狭い被写界深度（DOF）、従来の顕微鏡における分解能と視野のトレードオフの問題に効果的に同時に取り組んでいます。このレビューでは、顕微鏡の包括的なロードマップ、既存のイメージング技術の基本原理、利点、欠点、そして科学の発展にFPMが果たす重要な役割について説明します。FPMは本質的に最適化問題であるため、フレームワークと関連する作業について議論する。また、FPMと構造化照明顕微鏡(SIM)との間のオイラーの公式の関係を明らかにする。また、高精度定量位相イメージング、ハイスループットイメージング、高速イメージング、三次元イメージング、混合状態デカップリングの実装を含むFPMの最近の進歩をレビューし、盛んなバイオメディカルアプリケーションを紹介する。最後に、挑戦的な問題点と将来の応用について議論して締めくくる。FPMは、イメージングシステムにおける位相損失やシステムの限界に取り組むためのフレームワークのようなものに拡張することができる。この洞察は、スペックルイメージング、網膜イメージングのためのインコヒーレントイメージング、大視野蛍光イメージングなどに容易に利用できる。

Fourier ptychographic microscopy (FPM) is a promising and fast-growing computational imaging technique with high resolution (HR), wide field-of-view (FOV) and quantitative phase recovery, which effectively tackles the problems of phase loss, aberration-introduced artifacts, narrow depth-of-field (DOF) and the trade-off between resolution and FOV in conventional microscopy simultaneously. In this review, we provide a comprehensive roadmap of microscopy, the fundamental principles, advantages, and drawbacks of existing imaging techniques, and the significant roles that FPM plays in the development of science. Since FPM is an optimization problem in nature, we discuss the framework and related work. We also reveal the connection of Euler's formula between FPM and structured illumination microscopy (SIM). We review recent advances in FPM, including the implementation of high-precision quantitative phase imaging, high-throughput imaging, high-speed imaging, three-dimensional imaging, mixed-state decoupling, and introduce the prosperous biomedical applications. We conclude by discussing the challenging problems and future applications. FPM can be extended to a kind of framework to tackle the phase loss and system limits in the imaging system. This insight can be used easily in speckle imaging, incoherent imaging for retina imaging, large-FOV fluorescence imaging, etc.

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