导读
近日，深圳大学医学光子学创新研究院在荧光显微图像背景抑制方面取得新进展，相关成果发表于国际学术期刊《Biomedical Optics Express》。
研究团队提出自适应多频带暗通道切片方法（Adaptive multiband Dark sectioning，简称Adaptive Dark）。该方法通过多频带分解和子带自适应背景校正，在抑制离焦及散射背景的同时，更好地保留真实荧光结构，缓解传统方法易出现的空心伪影与深层信号损失，为荧光显微图像提供无需额外硬件的后处理方案。
博士研究生阿依坎拜尔为第一作者，屈军乐教授、王雪花副教授为论文通讯作者，深圳大学为第一完成单位。
1. 研究背景
离焦荧光与组织散射产生的弥散背景会降低显微图像对比度，使弱信号和精细结构难以辨识，在厚组织及高密度荧光标记样本中尤为明显。尽管共聚焦、双光子等技术具备光学切片能力，但是复杂组织中的残余背景仍极大地影响了生物样品的结构观察和信息的定量分析。
传统暗通道切片方法将图像划分为低频与高频两部分，对低频成分进行背景校正。然而，背景信号与真实生物结构的空间频率并非完全分离：较宽大的荧光结构同样包含低频信息。统一处理容易削弱结构内部的真实信号，形成空心伪影；同时，前景阈值与抑制强度通常需要人工设置，限制了方法对不同成像条件的适应性。
2. 技术创新
针对上述问题，Adaptive Dark首先在傅里叶域将图像分解为多个互补的空间频率子带，再对选定的低频子带分别实施暗通道背景校正。各子带的前景阈值与抑制强度根据其统计特征自动估计；校正后的低频信息经过加权融合，并与中高频成分共同重构图像（图1）。
与统一校正低频信息的方式相比，子带级处理能够更有针对性地抑制背景，降低真实结构信号被过度削弱的风险。该方法无需训练数据或显微系统硬件改造，即可处理单幅荧光图像，也可逐层处理三维图像堆栈，减少针对不同样本反复调参的需求。
图1 Adaptive Dark算法流程及典型中间处理结果
3. 验证与应用成果
在小鼠肝组织双光子成像实验中，传统方法虽能去除部分弥散背景，却也明显削弱了局部组织内部信号。Adaptive Dark则保留了更完整的组织形态与空间强度分布（图2）。
图2 不同成像深度下小鼠肝组织双光子荧光图像处理结果对比
在成像深度达 500 μm 的星形胶质细胞三维双光子荧光数据中，传统暗通道切片虽能有效抑制弥散背景，但容易造成深层弱荧光结构丢失，影响三维结构的完整性与连续性。相比之下，Adaptive Dark 在降低背景干扰的同时，更好地保留了不同深度的微弱细胞结构（图3）。
图3 星形胶质细胞深双光子荧光成像处理结果对比
在成像深度覆盖150 μm的小鼠肾组织三维双光子数据中，Adaptive Dark进一步减轻了局部空心伪影，并保留了更多组织内部信号（图4）。
图4 小鼠肾组织三维结构保留与背景抑制
研究团队还在宽场、共聚焦、双光子、结构光照明显微镜（SIM）和受激发射损耗显微镜（STED）等不同成像数据中验证了该方法。结果表明，Adaptive Dark在降低弥散背景的同时，能够较好地保留细胞形态、纤维连续性及三维组织结构，显示出良好的跨模态应用潜力（图5）。
图5 Adaptive Dark在多种荧光显微成像模态中的应用示例
4. 研究总结
本研究提出的Adaptive Dark方法，将多频带分解、子带自适应校正与加权重构相结合，改善了传统暗通道切片在背景抑制过程中易损失真实低频结构信息的问题。仿真与多种组织成像实验表明，该方法能够更好地兼顾背景去除与结构保留。凭借无需训练数据、无需硬件改造及适用于多种荧光显微成像模态的特点，Adaptive Dark有望成为现有光学切片技术的有效后处理手段。
项目支持
本研究得到国家自然科学基金项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1364/BOE.614417
