生物医学イメージングのための光学撮影：最近の進歩と将来の方向[招待]

Ptychographyは、基本科学と応用科学の両方の有効化顕微鏡法です。過去10年間で、世界中のほとんどのX線シンクロトロンと国立研究所で不可欠なイメージングツールになりました。しかし、Ptychographyの限られた解像度と目に見える光レジームにおけるスループットは、生物医学研究における幅広い採用を妨げています。この手法の最近の開発により、これらの問題が解決され、最小限のハードウェア変更を伴うハイスループット光学イメージングのターンキーソリューションが提供されています。実証されたイメージングスループットは、ハイエンド全体のスライドスキャナーのイメージングスループットよりも大きくなっています。このレビューでは、Ptychographyの基本原則について説明し、その開発の主なマイルストーンを要約します。さまざまなptychographicの実装は、レンズレス/レンズベースの構成とコード化された照明/コード化検出操作に基づいて、4つのグループに分類されます。また、デジタル病理学、薬物スクリーニング、尿検査、血液分析、サイトメトリー分析、希少細胞スクリーニング、細胞培養監視、細胞および3Dの組織イメージングなどの関連する生物医学用途も強調しています。現在初期段階にあるハイスループット光学イメージングのためのPtykographyは、パフォーマンスを改善し続け、アプリケーションを拡大します。このレビュー記事は、将来の開発のためのいくつかの方向を指摘することで締めくくります。

Ptychography is an enabling microscopy technique for both fundamental and applied sciences. In the past decade, it has become an indispensable imaging tool in most X-ray synchrotrons and national laboratories worldwide. However, ptychography's limited resolution and throughput in the visible light regime have prevented its wide adoption in biomedical research. Recent developments in this technique have resolved these issues and offer turnkey solutions for high-throughput optical imaging with minimum hardware modifications. The demonstrated imaging throughput is now greater than that of a high-end whole slide scanner. In this review, we discuss the basic principle of ptychography and summarize the main milestones of its development. Different ptychographic implementations are categorized into four groups based on their lensless/lens-based configurations and coded-illumination/coded-detection operations. We also highlight the related biomedical applications, including digital pathology, drug screening, urinalysis, blood analysis, cytometric analysis, rare cell screening, cell culture monitoring, cell and tissue imaging in 2D and 3D, polarimetric analysis, among others. Ptychography for high-throughput optical imaging, currently in its early stages, will continue to improve in performance and expand in its applications. We conclude this review article by pointing out several directions for its future development.