基于光散射与相位成像下的血细胞识别基础研究

摘要

细胞作为生命体最基本的组成单元，其形态结构和动力学信息能够直观的反映出生命体的状态。血细胞的分类分选以及识别是疾病判断和探索生命体的重要手段之一。近几十年来，细胞研究得到了广泛的发展，其中流式细胞术和细胞成像技术成为中流砥柱的方法。流式细胞术的优点在于快速的进行细胞分选分析，而成像技术则专注于细胞的形态结构以及内容物的研究。
　　流式细胞术是针对细胞、细胞内遗传物质、病毒、微粒等物质的快速分选分析方法。本文以双光源光学系统为例简要介绍了血细胞分类的方法，并且基于血细胞的双层椭球核式的光散射模型，有效采集了相关散射研究理论数据，着重分析了在模型内外折射率参数变化、模型内核直径变化、模型形态因子变化下的光散射分布，在此基础上对血细胞模型的前向、侧向以及后边散射光进行了区域划分，并且对其中部分数据进行了仿真计算以及补充，建立了血细胞模型下的全域光散射谱图，通过对图散射点的离散化特征分析，建立了在该区域内的血细胞模型特征与血细胞类别的关系，进而提出了基于全域光散射下的血细胞亚类识别方法。
　　近十几年以来，定量相位显微技术得到了飞速发展。定量相位显微技术可以实现细胞的相位信息采集，通过计算出形成该相位图像的全息状况，获得样品完整的相位信息，进而反演出细胞的真实形态。本文以课题组提出的改进后的相位恢复微分法为理论基础，编制了微分法的运算程序，并且以红细胞厚度灰度图作为实验图，叙述了程序的运算过程。在此基础上，采用LabVIEW虚拟实验室软件构建了人机交互的“血细胞相位显微系统”软件，该软件采用状态机结构作为主要结构，采用了MATLAB节点调用微分法运算程序，实现了MATLAB软件和LabVIEW软件混编处理图像目的，得到了良好的反馈。
　　在上述内容的探索过程中，通过分析流式细胞仪和定量相位成像技术的光路设置图，提出了一种基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统。该系统采用流式细胞仪中的光路检测系统，其中包括前向散射光检测系统和侧向散射光系统，和定量相位成像光路中的改进后的马赫增德尔光路系统。
　　本文的研究从流式细胞仪的光散射分析方法到定量相位显微技术的相位恢复程序编制，最终通过两者的研究，得到了血细胞联合检测系统的设计方法。该方法为血细胞研究提供一定的基础。

目录

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摘要

英文摘要

第一章 绪论

1．1 生物血细胞研究的科学意义

1．2 生物血细胞特征的研究现状

1．2．1 流式细胞术

1．2．2 微流控技术

1．2．3 细胞成像技术

1．3 本文章节安排

第二章 血细胞全域光散射特征分析及分类识别方法

2．1 光散射理论

2．1．1 光散射理论简介

2．1．2 Mie散射的电磁理论

2．2 基于光散射的血细胞分析识别方法

2．2．1 血细胞分类方法

2．2．2 基于光散射模型的白细胞识别方法

2．3 血细胞全域光散射特征分析方法

2．3．1 全域光散射下的血细胞光强分布

2．3．2 细胞识别方法及其流程

2．4 本章小结

第三章：血细胞相位显微系统

3．1 生物细胞定量相位显微技术

3．1．1 相位恢复方法

3．2 血细胞相位显微系统

3．2．1 相位恢复程序

3．2．2 血细胞相位显微系统

3．3 本章小结

第四章 血细胞联合检测方法的流程分析与光路设计

4．1 血细胞联合检测的意义

4．2 血细胞联合检测法的光路设计部分

4．2．1 流式细胞术中光散射光路分析

4．2．2 相位检测技术中的光路分析

4．2．3 血细胞联合检测方法中的光路设计

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果