光子科學研究所（ICFO）與丹麥DTU Fotonik研究團隊將中紅外成像信息轉換為近紅外成像信息，實現更快速計算機輔助活檢篩查。

據麥姆斯咨詢報道，研究人員已開發出一種獨特的高分辨率成像方法，可以捕捉毫秒級快速事件或動態過程的中紅外光譜圖像。由于該光譜范圍可揭示樣品的詳細化學成分，可被廣泛用于多種應用。

目前常見的一種紅外成像方法是利用傅里葉變換紅外（FTIR）成像，但該方法需要低溫制冷型探測器以達到所需的性能水平，這就增加了操作的成本及復雜性。現代激光源和新型探測器可改善這種情況，但是此類平臺仍然依賴中紅外信號的直接探測。

丹麥DTU Fotonik研究團隊成員Peter Tidemand-Lichtenberg認為：“這種新方法將來可能被用于醫學活檢的預篩選，以確定需要進一步檢查的活檢。它還可以用于尋找癌癥和其他疾病的化學特征，從而提高診斷的準確性和速度。”

該研究團隊在Optica期刊描述了新成像方法，Optica是美國光學學會（OSA）的高影響因子期刊。該研究團隊還通過氣流成像和區分食道組織惡性腫瘤與正常樣本，來展示該技術的潛在應用。

Tidemand-Lichtenberg解釋道：“盡管中紅外光譜被認為是一種強大的化學分析工具，但由于缺乏經濟型光源和靈敏的探測器，其適用性受到了阻礙。為了克服這一障礙，我們使用了一種方法，將化學特征最明顯的中紅外區域的信息，轉化為如今相機技術最成熟且最靈敏的近紅外區域的信息。”

擴展中紅外光譜的實用性

研究人員利用了一種被稱為非線性頻率轉換的過程，在此過程中，可使光子得到能量，以改變其波長，從而改變其顏色。盡管頻率轉換（即上轉換）常用來改變激光輸出的波長，但是利用DTU Fotonik研究人員開發的探測系統，可將整個中紅外圖像轉換至近紅外波長范圍，同時保留全部空間信息。

該系統使用了由光子科學研究所（ICFO）開發的新型中紅外光源，這種單波長光源可調諧到不同波長，同時它還能利用變頻產生中紅外光。該系統可提供20皮秒脈沖，而鈮酸鋰晶體作為實現上轉換過程的非線性介質，可將中紅外成像信號轉換到近紅外范圍。采用標準CCD相機即可完成圖像采集。

非線性介質的性質通常限制了利用上轉換實現的視場角（FoV），但研究團隊通過使用振鏡掃描旋轉晶體的方法解決了這一問題，這是一種眾所周知的方法，允許在目標平面上的同心圓分別有效地完成上轉換。

即便是很小的旋轉也會對視場角（FoV）產生很大的影響，該研究團隊通過調整晶體的旋轉時間來匹配相機的積分時間，這樣就無需圖像的后處理，從而進一步改善了這種影響。研究團隊在實踐中發現，與靜態設計相比，視場角（FoV）提高到原來的5倍，相對應空間可解析元素數量提高到原來的25倍。

Tidemand-Lichtenberg解釋道：“這種方法可以產生完全同步的峰值功率脈沖，無需對脈沖進行復雜的時序控制，從而獲得具有良好信噪比的圖像。此外，我們的光學裝置采用捕獲圖像后幾乎無需后處理的設計。”

事實上，研究人員用相同的脈沖近紅外激光完成了兩項試驗：產生可調諧中紅外光 & 實現圖像上轉換。

實現快速事件及復雜樣本的成像

研究人員通過調整照明激光來匹配氣流的峰值吸收，并捕獲每秒40張圖像的視頻，從而展示了其新型中紅外上轉換光譜方法的成像速度。

在一項由埃克塞特大學（Exeter University）團隊成員主導的試驗性研究中，該系統被用于評估食管組織癌變和健康的樣本。結果發現，使用該系統進行的形態學和光譜分類與標準的染色組織病理學圖像匹配良好（即準確性較高）。

頻率轉換實現癌癥信號成像

Tidemand-Lichtenberg說：“我們的上轉換成像方法是通用的，且在實現視頻幀速率、中紅外單色成像方面做出了重要簡化。這項技術所提供的光譜信息可與機器學習相結合，以便在無需染色的情況下，根據化學特征進行更快速、更客觀的醫學診斷。”