本文關鍵詞：基于強度傳播方程的生物細胞定量相位恢復技術

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【摘要】：目前,光學顯微成像技術在生物醫(yī)學研究領域已經獲得了快速的發(fā)展和廣泛的應用,對于生命體的不同器官,不同組織,不同細胞或者大分子的觀察和檢測,一般有不同的要求,往往涉及使用到不同的顯微技術。隨著生命科學的不斷發(fā)展,其對光學顯微成像技術提出了越來越高的要求。在傳統顯微成像技術如基于強度成像的明場顯微技術,暗場顯微技術以及熒光顯微技術,基于相位調制的相襯顯微技術和微分干涉相襯顯微技術無法滿足無色透明生物細胞定量相位測量的要求時,國內外學者研究并提出了多種能夠實現定量相位成像的顯微技術如基于干涉的定量干涉顯微技術和數字全息,基于迭代算法的G-S算法,PIE成像技術。而相對于這些方法而言,基于強度傳播方程的定量相位成像技術(TIE)因其諸多優(yōu)勢獲得了越來越多的科研工作者的關注,使得該方法在近些年得到了快速發(fā)展和廣泛應用。本文從發(fā)展歷程,國內外研究現狀和TIE方程的推導過程以及傅里葉變換求解方法對基于強度傳播方程的定量相位成像技術進行了比較詳細地論述,并重點研究了基于TIE的實時定量相位成像方法。傳統TIE成像技術一般是通過圖像探測器z軸掃描的方法采集不同離焦距離的強度圖,該方法不僅實際操作起來上比較麻煩而且費時,無法實現實時相位成像。針對傳統TIE成像技術的不足之處,本文著重研究并提出了兩種基于TIE成像技術的實時定量相位成像技術,即雙目視TIE成像技術和基于單次曝光的TIE成像技術,這兩種方法可以克服傳統TIE技術的缺點,實現生物活細胞實時相位測量,擴大了TIE相位成像技術在生命科學和醫(yī)學領域的應用范圍。雙目視TIE成像系統通過在傳統倒置顯微鏡的兩個目鏡筒上安裝規(guī)格完全相同的兩個CCD探測器來采集過焦和欠焦強度圖,因為在焦強度圖可以通過計算過焦強度圖和欠焦強度圖的平均值近似得出,所以該方法可以實現實時相位成像。雙目視TIE的新穎之處在于巧妙地結合了傳統倒置顯微鏡的結構特點,然后通過優(yōu)化算法實現了實時TIE相位成像。本文通過數值模擬和實驗驗證證明了該方法的可行性和精確性。基于單次曝光的實時定量TIE成像技術主要在倒置顯微鏡的C口處搭建4f系統,然后通過編碼相位掩膜板加載到空間光調制器(SLM)上實現光束分光和調焦,實現在同一個CCD芯片上實時采集三幅強度圖,該方法具有更加的靈活性,且更精確地實現了實時TIE相位成像技術。本文所提出的基于TIE技術的實時相位成像方法可以擴展TIE成像技術在生物醫(yī)學活細胞動態(tài)檢測領域的應用范圍,為實現實時定量相位測量提供了更加有效和靈活的方法。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q-336

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本文編號：1297706