纤维内窥镜成像技术的突破：波长扫描全息技术与神经网络的结合
在生物医学成像领域，光纤内窥镜因其微创特性而备受青睐，尤其在软性内窥镜检查中发挥着重要作用。最近，一项创新技术的出现为光纤内窥镜成像带来了革命性的进步。这项技术通过结合波长扫描全息技术和多层卷积神经网络，显著提升了成像质量和分辨率。
这项技术的核心在于使用单模光纤进行物体在不同波长下的照明，并通过多芯光纤收集一定距离外的衍射光。通过U-Net多层卷积神经网络，研究人员能够从近端记录的强度图中恢复多芯光纤远端的衍射图，进而利用平面摄影算法重建相位对象。这一过程不仅提高了物体重建的质量，而且随着所用波长的增加，重建效果得到了显著提升。
研究方法与材料
研究中采用了一个迭代叠层系统，该系统使用两根光纤：一根用于照明，一根用于收集衍射波前。实验装置包括可调谐激光器、镜头、单模光纤、相位空间光调制器、分束器、相机等，共同实现了波长扫描层析成像技术（ws-PIE）。
实验环境搭建
实验中，来自可调谐激光器的光通过镜头耦合并通过单模光纤传输，照亮相位空间光调制器的有效区域。反射光通过分束器分束后，一部分成像到相机（CCD1），另一部分通过多芯光纤并使用镜头对相机（CCD2）进行成像。半波片和线性偏振器位于空间光调制器之前和之后，以提高调制效率并降低系统噪声。
结果展示
实验结果显示，通过改变波长数和波长范围，物体的重建效果得到了显著提升，均方误差（MSE）也随之减小。图像重建展示了不同波长配置下的灰度和二进制SLM模式，证明了使用多个波长可以更详细地观察波长，从而显著提高效果。
这项研究采用了神经网络增强的波长扫描全息技术，为光纤内窥镜成像提供了一种新的解决方案。与传统的端到端神经网络相比，这种两步混合系统显示出了更高的有效性和实用性。这种替代和简化的胸腔镜内窥镜设置通过神经网络和波长扫描提供了显著的改进，为医学成像领域带来了新的希望。
随着技术的不断进步，我们可以期待这种结合了波长扫描全息技术和神经网络的纤维内窥镜成像技术在未来的医疗诊断和治疗中发挥更大的作用。
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2025-09-30
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2025-09-30
