使用修正玻恩級數的多重光散射逆問題求解器

正文

使用修正玻恩級數的多重光散射逆問題求解器

技術背景：

散射理論描述了波與(yu) 物質的相互作用，並用於(yu) 物理和工程国产成人在线观看免费网站的各個(ge) 領域。散射理論主要劃分為(wei) 兩(liang) 類問題：正向(forward)問題和逆向(inverse)問題。正向問題涉及從(cong) 已知的結構化介質計算散射場，而逆向問題涉及從(cong) 一個(ge) 已知的散射場求結構化介質。當前已經有了數個(ge) 被廣泛使用的正向求解器，如有限差分時域(finite -difference time-domain,FDTD)法就是其中之一。相比之下，逆向問題被認為(wei) 要比正向問題的求解更具挑戰性(即便附加各種近似和假設前提)，這是因為(wei) 逆向問題是病態(ill-posed)的，並且計算複雜。

技術要點：

基於(yu) 此，韓國KAIST的Moosung Lee(一作)和YongKeun Park(通訊)提出了一種高效高效且準確的逆問題求解器。

(1)利用修正的玻恩級數(modified Born series)來構建逆問題求解器，可以高效和直接計算逆多重散射，且不需要任何假設前提；

modified Born series是目前用於(yu) 模擬非均勻介質中波傳(chuan) 播的最有效的正向求解器之一

(2)反演過程基於(yu) 物理上直觀的方法，可以很容易地拓展到其它準確的正向求解器。

作者將此方法国产成人在线观看免费网站於(yu) 光學衍射層析成像，並在數值和實驗上證明了光學厚樣品的三維重建相比使用基於(yu) 弱散射近似的傳(chuan) 統方法，保真度更高。

圖1、所提方法示意圖。 (a) 給定入射場  和三維散射勢 (v)，正向模型在通過pupil mask (P) 後在探測器處得到散射場和透射場 (y)。（ b ）傳(chuan) 統和修正後的玻恩級數之間的比較。傳(chuan) 統的玻恩級數通常發散，但修正後的級數總是收斂。(c) 估計的三維與(yu) Mie理論和FDTD結果的比較。(d)逆向模型在給定y和的情況下迭代地尋找未知v。這是通過使用修正後的玻恩級數作為(wei) 傳(chuan) 播器反向傳(chuan) 播誤差來計算的。(e) Rytov近似與(yu) 所提出的方法之間的重建性能比較。使用所提出的方法重建的層析圖像以三維形式呈現。(f) 每次迭代的相對誤差曲線。200次迭代的最終誤差為(wei) 1.7%。

實驗結果：

嵌合抗原受體(ti) 細胞與(yu) K562-CD19細胞形成穩定的免疫突觸並在初始接觸後約9 分鍾在靶細胞上誘導凋亡起泡的三維折射率視頻。

參考文獻：Moosung Lee, Hervé Hugonnet, and YongKeun Park, "Inverse problem solver for multiple light scattering using modified Born series," Optica 9, 177-182 (2022)

DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.446511

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