טומוגרפיה של דיפרקציה אופטית (ODT) הוכרה זה מכבר בזכות הפוטנציאל שלה בהדמיה לא פולשנית ללא תווית של תאים ביולוגיים חיים. עם זאת, אתגר מרכזי מתעורר כאשר ODT מיושם על צלחות תרבות תאים מרובות-בארים סטנדרטיים, שימוש בכלי נפוץ בתנאי מעבדה מציאותיים למחקרים ביולוגיים. הגיאומטריה של צלחות תרבית תאים זו מגבילה את טווח זוויות ההארה האלכסוניות, וגורמת לאובדן של מידע קריטי בתדר נמוך בתמונות העוצמה שנלכדה. התוצאה היא פרטים מטושטשים, ניגודיות מופחתת ורזולוציה מושפלת בשחזורים טומוגרפיים תלת-ממדיים, במיוחד כאשר עובדים במערכות גבוהות-נומריות (NA). למרות הפוטנציאל המשמעותי של ODT להדמיית תאים חיים, אתגרים אלה מפריעים ליישומיותה הרחבה על סביבות ביולוגיות מציאותיות. הקושי להתגבר על אי התאמת ההארה הוא בעייתי במיוחד להדמיה של תאים חיים במסגרות תפוקה גבוהה, בהן הכרחיות לוחות תרבית תאים מרובי-בארים. מגבלה זו מונעת שחזור טומוגרפי מדויק, הנחוץ לניתוח תכונות סלולריות עדינות, ובכך משפיע על היעילות והיעילות הכוללת של מערכות ההדמיה במעקב ביולוגי בזמן אמת.
כדי להתגבר על אתגרים אלה, חוקרים ממעבדת ההדמיה החישובית החכמה (SCILAB) באוניברסיטת נאנג'ינג למדע וטכנולוגיה, בהובלת פרופסור צ'או זאו, פיתחו טכניקת טומוגרפיה של דיפרוגרפיה פורייפרוגרפית בשדה כהה (DF-FPDT). עבודותיהם האחרונות פורסמו בכרך 1, גיליון 1 של ioptics ב- 19 באוגוסט 2025. במחקר זה הם מציגים מסגרת הדמיה חדשנית הממנפת תאורה שאינה תואמת כדי לשפר את הדמיה בתאי חי בעלות ניגודיות גבוהה. על ידי עדכון סלקטיבי של רכיבי תדר גבוה הגלומים במדידות עוצמה והסרת ממצאי רקע בתדר נמוך, DF-FPDT מתייחס למגבלות של טומוגרפיה של דיפרקציה אופטית קונבנציונאלית. טכניקת פריצת דרך זו מאפשרת שחזורים תלת-ממדיים ברזולוציה גבוהה, בעלת ניגודיות, תוך שמירה על היתרונות הנפחיים, הכמותיים והלא-אינטרפרומטריים של טומוגרפיה של דיפרקציה פורייה פורייה מסורתית (FPDT).
פרופ 'זאו מסביר בקצרה את המשמעות של שיטה זו, הקובעת, "DF-FPDT ממנפת באופן ייחודי תאורה שאינה תואמת כדי לעדכן באופן סלקטיבי רק רכיבים בתדר גבוה, מה שמגפר פרטים מבניים עדינים ללא צורך בחומרה נוספת או לעיבוד שלאחר העניין. זה מספק כלי רב עוצמה להדמיה של תאים חיים, תוך שמירה על יתרונות הגיעה של FPDT תוך התייחסות למגבלות המוצגות על ידי מערכי עבודה סטנדרטיים."
כדי לאמת את הביצועים של DF-FPDT, הן סימולציות והן מדידות ניסיוניות הדגימו את יכולתה לשפר את הניגודיות המבנית ולשפר את איכות התמונה. הטומוגרמות המשוחזרות התלת-ממדיות שנוצרו באמצעות DF-FPDT מראות דמיון מבני חזק בין התוצאות המדומות והניסוי, והדגשת ניגודיות מעולה ופרטים עדינים יותר בהשוואה לאלה שהתקבלו באמצעות האלגוריתם ה- FPDT המסורתי. בהדמיה של תאים חיים, DF-FPDT דמיין בהצלחה מבנים תת-תאיים מורכבים ותפסו תהליכים סלולריים דינמיים, כמו מיזוג וביצוע מיטוכונדריאלי, ומציעים הדמיה בזמן אמת, ניגודיות גבוהה ורזולוציה גבוהה. ממצאים אלה מדגישים את הפוטנציאל של DF-FPDT להשגת ניגודיות דמוית שדה כהה בהדמיית תאים חיים ולהקל על ניטור סלולרי דינאמי בתנאי מעבדה סטנדרטיים.
פרופ 'זאו מדגיש את הפוטנציאל הטרנספורמטיבי של DF-FPDT, קובע, "DF-FPDT מציע פוטנציאל משמעותי ליישום נרחב בהגדרות מעבדה ריאליות, כולל בדיקת תרופות, ניתוח סלולרי ומעקב תת-תאי דינאמי, ופותח אפשרויות חדשות במחקר ביו-רפואי."
במבט קדימה, פרופ 'זאו וצוותו מתכננים לשכלל עוד יותר את DF-FPDT על ידי שילוב אסטרטגיות תאורה אדפטיביות וגישות מונעות נתונים כמו שחזור מבוסס למידה עמוקה, שיכולים לשפר את ההדמיה בזמן אמת ולהעצים עוד יותר את הניגודיות. בנוסף, התפתחויות עתידיות עשויות לכלול הדמיה במצב כפול, מה שמאפשר למשתמשים להעביר בין שחזורי RI המותאמים לניגודיות לבין מלא, בהתאם ליישום, ולהרחיב משמעותית את השימוש ב- DF-FPDT הן בהדמיה של תאים חיים דינאמיים והן בניתוח כמותי.
"שיפורים עתידיים אלה יחשפו פוטנציאל גדול עוד יותר עבור DF-FPDT במגוון רחב של יישומים ביו-רפואיים, מה שמאיצב תגליות בהדמיה של תאים חיים ומעבר לו," אמר פרופ 'זאו.
