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美国加州理工学院的研究人员将天文学领域的光学技术应用于医学成像领域，并取得重大进步。相关研究成果已发表于Nature Photonics
在天文学中，从宇宙中到达望远镜的光线会被地球大气层扭曲，导致对行星、卫星和其他宇宙物体的成像模糊。 这是因为地球大气层是一种散射介质，其会散射光线，导致散焦和成像模糊。天文学领域的波前整形是一种通过逆转大气引起的光学畸变来产生聚焦光的方法。 这种方法通常使用一些反射装置（如镜子）对光波进行整形以抵消失真。
利用反射元件实现波前整形。
类似地，在生物医学领域中的生物组织也是一种散射介质。 在拍摄血管、神经甚至癌细胞的显微图像时，血液的运动、呼吸的运动和心脏的持续跳动和快速变化会导致图像的失真或混浊。 因此，研究人员借鉴天文学领域的波前整形概念，来抵消生物组织引起的成像失真。
当光穿过生物组织这种散射介质时，其会被散射到各处，从而导致入射光不能在组织深处聚焦。而且，散射具有累积效应，即散射的光子越多，成像中看到的失真就越大。波前整形能够减轻散射效应从而光能够更深入地聚焦到生物组织中。
三个关键指标
实验上，研究人员使用光折射晶体消除组织引起的光扭曲。 然而，使用波前整形来捕获更清晰的生物组织图像必须满足三个关键指标：速度，控制自由度和镜面亮度。以前的波前整形方法无法是同时满足这三个条件的。
第一个关键指标是速度。 由于生物组织是活的和运动的，这限制了整个波前整形过程必须在一毫秒内完成。 只有在反演过程中，同一物体在同一位置处于同一状态，我们才能消除波前畸变。
第二个关键指标是控制自由度。 波前整形中使用的晶体由许多个微型镜子组成。 镜子数量越多，需要调控光波消除失真的控制点越多。
第三个关键指标，也是最具挑战性的指标，是镜子的反射率。 控制自由度高的高速波前整形所使用的镜子反射率往往太暗而无法发挥作用。因此，研究人员利用类似激光产生的方式来解决此问题。
具体地，当光波穿过具有增益特性的材料时，增益介质中的电子以受激辐射形式释放能量，从而增强了光波，形成了激光。同样地，本研究将激光增益介质用于放大入射到微镜和从微镜阵列反射的散射光波。因此，增益介质使进入和出射于镜子的光被放大。
新的技术首次同时实现了高速、高能量增益和高控制自由度的生物组织波前整形。这种新的医学波前整形技术保证了成像质量，从而有利于发现组织中的问题，并能够在组织更深处检测病症。
