2013年、米カリフォルニア工科大学の研究チームは「FPM（Fourier ptychographic microscopy）」と呼ばれる顕微鏡技術を発表した。この技術は、従来の顕微鏡センシングと、検出された情報を複数のアルゴリズムによって処理することで、より深く、より鮮明で、より広い領域をカバーする画像を作成することを可能とした。FPMはその後、比較的安価な装置で大視野を維持しながらサンプルの高解像度画像を取得できることから、広く採用されるに至った。同研究チームはこのほど、より少ない測定回数で、ぼやけや歪みのない画像を得る能力においてFPMを凌ぐ新手法を開発した。研究成果は、Nature Communicationsに掲載されている。
APIC（Angular Ptychographic Imaging with Closed-form method）と名付けられたこの新手法は、複数の推測に基づいて「最適」に到達する反復的な調整を行わず、シンプルな一次方程式を解き、顕微鏡の光学系がもたらす収差や歪みの詳細を得るというもの。ひとたび収差が明らかになれば、システムはこれを補正することができ、基本的に理想的な性能を発揮し、広い視野をカバーする鮮明な画像を得ることができる。FPMと同様、APICは顕微鏡を通して見える光の強度だけでなく、「位相」と呼ばれる光の重要な特性も測定する。この性質は人間の目には検出されないが、収差を補正する上で非常に有用な情報を含んでいる。FPMが試行錯誤的な手法に頼っていたのは、この位相情報を解くためだったが、新手法はこの位相情報に解析的な解を与えることを証明した。
位相差解消アルゴリズムの反復的な性質を排除するだけでなく、新しい技術によって、研究者らは顕微鏡の焦点を何度も合わせ直すことなく、広い視野に渡って鮮明な画像を集めることができるようにもした。FPMでは、サンプルの高さがあるセクションから別のセクションまで数十ミクロンでも変化すると、顕微鏡を使う人はアルゴリズムを機能させるために焦点を合わせ直さなければならなかった。このような計算顕微鏡技術では、100枚以上の低解像度画像をつなぎ合わせて大きな視野を構成することが頻繁にあるため、APICはプロセスを大幅に高速化し、多くのステップで人為的ミスが生じる可能性を防ぐことができるようになった。
著者らは「収差を補正し、解像度を向上させるフレームワークを開発した。この2つの能力は、より広範なイメージングシステムにとって実りあるものになる可能性がある」と述べている。新技術は、生物医学イメージング、デジタル病理学、薬剤スクリーニングなどの分野において、著明な進歩につながる可能性を秘めている。
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