弱吸收细胞样品相位场定量测量技术研究

摘要

光学相位显微干涉成像是获取生物细胞样品内部结构分布的有效途径，但是现有的方法忽略了细胞弱吸收特性和成像光束不均匀性的存在，从而影响生物细胞定量相位成像测量的精度。为此，本论文研究了生物细胞定量显微相位成像技术中细胞弱吸收和光束不均匀性的修正问题，选题具有直接的应用背景。
　　 论文在深入资料调研的基础上，给出了光学显微相位成像技术的国内外研究、光学显微干涉测量的基本原理和典型的实现方法。在此基础上，对已有的傅里叶相位提取算法和希尔伯特相位提取算法进行了样品弱吸收和光束不均匀特性修正，形成了能进行细胞弱吸收和测量光束不均匀性修正的光学显微相位成像技术，建立了光学显微相位成像的实验系统。在matlab软件环境中，利用计算光学方法获取仿真干涉图，并进行模拟血红细胞样品的仿真重建，结果表明:通过细胞弱吸收和测量光束不均匀性修正可以有效提高相位定量测量的精度，可把重建结果与原始结果的吻合性从修正前的0.9683(吸收系数3.5，HT法)提高到0.9989。在实验上，通过离心处理提取兔子血的血红细胞，然后进行了血红细胞的定量相位成像实验，获得了清晰的干涉图，分别用傅里叶相位提取方法、希尔伯特相位提取方法以及修正后的方法重建出了血红细胞相位的定量二维分布，并进行了比较和分析。综上可见，本文的研究工作对于光学显微相位成像系统的优化设计具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 现有典型相位显微成像技术

1．3．1 衍射相位显微与荧光显微相结合的复合测量方法

1．3．2 快速傅里叶相位显微干涉测量

1．3．3 全息拍摄法提取生物组织的相位信息

1．4 本论文的主要工作

2 光学显微干涉测量的基本原理

2．1 光学干涉测量的基本原理

2．2 现有主要生物细胞形态光学检测技术

2．2．1 傅里叶相位显微干涉测量技术

2．2．2 希尔伯特相位显微干涉测量技术

2．2．3 衍射相位显微干涉测量技术

2．3 本论文采用的干涉装置

2．4 细胞样品的光学显微技术

3 干涉图相位信息的定量提取方法

3．1 传统光学干涉图相位提取算法

3．1．1 条纹中心法

3．1．2 傅里叶(Fourier)相位提取方法

3．1．3 希尔伯特(Hilbert)相位提取算法

3．2 相位解包

3．3 弱吸收和光束不均匀性修正后的相位提取与解包方法

3．3．1 干涉图去除零频

3．3．2 干涉图的归一化处理

3．3．3 血红细胞的弱吸收处理和相位提取、解包

3．3．4 干涉图相位的提取

4 光学显微干涉测量的仿真实验研究

4．1 光学显微干涉图的计算机生成

4．1．1 运用软件模拟的血红细胞相位图以及干涉图

4．1．2 模拟参考光和物光的强度图

4．2 相位干涉图去零频

4．3 干涉部分归一化处理

4．4 血红细胞的弱吸收处理

4．5 相位提取和相位解包

4．6 与干涉图其他处理方法的比较

5 血红细胞相位场分布的实验测量

5．1 实验方案

5．2 实验装置

5．2．1 He-Ne激光器

5．2．2 扩束准直系统

5．2．3 分光棱镜系统

5．2．4 显微系统

5．2．5 CCD干涉图像采集系统

5．2．6 系统微调装置

5．3 显微干涉光路的搭建与调试

5．3．1 搭建调试光源光路

5．3．2 搭建调试马赫曾德干涉仪光路

5．3．3 搭建调试光源光路

5．3．4 高速摄影CCD的调节

5．3．5 实验中偏振片的应用

5．4 实验步骤

5．4．1 血红细胞样品制备

5．4．2 实验步骤

5．5 实验结果处理与分析

6 结论与展望

6．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献