基于正交相位成像下典型血细胞三维空间结构的几何解构方法

摘要

由于细胞在人体中扮演的重要角色，一直以来都是科研学者们的重要研究对象。人体中很多疾病的发生都与细胞的大小、形态分布密切相关，因此，对疾病的发病机制，治疗效果的检测和研究，许多意见都是依靠细胞形态学的检测。目前，随着计算机、激光、光电等技术的不断发展，细胞特征的研究不再仅仅依靠传统的生物化学或者药理学手段，生命科学正在从描述性科学向定量性科学发展，促进细胞光学定量检测技术已成为了一个极具潜力的研究热点。相位成像技术凭借其可定量、非侵入、无损伤等优势，为生物细胞的定量研究提供了一种非常有力的工具。近十多年来，各式各样的定量相位成像技术被逐渐地发展起来，并且已经顺利地应用于细胞的定量相位成像的研究。但是，对于细胞的深入研究以及医疗诊断有效的细胞形态结构的参数信息往往不能直接从定量相位数据中获得，基于定量相位成像技术的细胞，特别是非均质细胞的定量检测研究工作尚处于初级阶段，还有待于进一步的提高和完善。因此，本文针对典型的血细胞，尤其是非均质细胞，展开了定量相位成像的仿真实验，提出了一种基于正交相位成像下典型血细胞三维空间结构的几何解构方法，并且分别以淋巴细胞、红细胞和单核细胞为例，取得了一定的成果。
　　针对典型血液细胞定量相位分布图像，结合了显微图像的分割和识别方法，提出了生物细胞三维空间结构的几何解构方法，并且展开了如下的工作:首先，基于对相位显微技术的了解，着重分析了生物细胞层析技术的基本原理和重建方法，阐述了仿真技术的研究现状;其次，对VirtualLab虚拟光学仿真软件的各个功能和模块进行了介绍，基于真实的红细胞的形态结构特征，建立了相应的高逼近模型，获得了红细胞的相位分布，并进行了论证性实验;然后，介绍了细胞相位图像进行预处理和边缘检测的一些常用方法，并且基于Matlab数值计算软件进行了仿真性实验;接着，对典型的血细胞展开了正交相位成像的仿真性实验，并且利用几何旋转法分别对其进行了三维表面的重构;最后，对本文的研究工作做了总结，并对后续的研究工作提出了展望。
　　本文的研究从血细胞相位体模型的建立到血细胞三维空间结构的几何重构，取得了一定的创新性成果，为血细胞类别识别与特征分析技术的提升提供了一个有力的支撑，特别适合于白细胞这类核式结构相位体的分类检测和特征分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物细胞三维空间解构研究的科学意义及研究现状

1．2 层析相位显微技术的发展现状

1．3 仿真技术的研究现状

1．4 本文的主要工作及创新点

1．4．1 主要工作以及创新点

1．4．2 本文的结构

第二章 基于VirtulLab仿真软件下生物细胞的相位成像

2．1 仿真软件介绍

2．1．1 功能模块

2．1．2 建模原理

2．2 红细胞的光学模型及其相位成像实验

2．2．1 红细胞的光学模型

2．2．2 红细胞的相位成像仿真实验及其结果分析

2．3 本章小结

第三章 相位图像的处理方法

3．1 相位图像的预处理

3．1．1 邻域平均值法

3．1．2 中值滤波法

3．1．3 频域低通滤波

3．1．4 仿真结果及分析

3．2 相位图像的边缘检测

3．2．1 边缘检测算子

3．2．2 仿真结果及分析

3．3 本章小结

第四章 生物细胞三维解构方法在均质细胞中的应用

4．1 基于正交相位图像下生物细胞的三维空间解构原理

4．1．1 正交相位成像

4．1．2 基于正交相位图像下三维重构的方法

4．2 淋巴细胞相位成像仿真实验研究

4．2．1 淋巴细胞形态及模型

4．2．2 淋巴细胞的三维重构

4．2．3 结果分析

4．3 红细胞相位成像仿真实验研究

4．3．1 红细胞形态及模型

4．3．2 红细胞的三维重构

4．3．3 结果分析

4．4 本章小结

第五章 生物细胞三维解构方法在典型异质细胞中的应用

5．1 单核细胞建模以及仿真相位成像实验

5．2 单核细胞三维空间重构的方法

5．3 结果及分析

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目