活体细胞成像中, 折射率和厚度分布的检测结果一直是细胞变异和形态分析中的重要参数。在光学相位成像中, 由于细胞折射率和厚度的耦合效应, 细胞的折射率不能直接被测量到, 因此, 细胞折射率和厚度解耦方法的研究一直是该领域研究的一个热点。对此,本文以血细胞为研究对象, 基于免标三维相位成像信息, 建立双波长相移方程, 通过三维相位成像下的双波长相位信息分布特征和梯度分布特征分析, 利用细胞介质的色散特性, 得到了双波长相位分布函数表示下的均质和有核非均质样品的折射率以及厚度解耦的数学解。通过单介质模型和外胞类球形有核式模型的仿真实验, 得到了折射率和外胞及内核厚度分布的结果, 误差分析表明其具有较高的精准性, 由此验证了本文方法的正确性。本文方法可对均质细胞(如血红细胞)和外胞类球形有核细胞(如白细胞)进行折射率和厚度分布的解耦, 由此可为血细胞质量检测和亚类识别方法的研究提供一种新思路。

超构透镜作为一种灵活调控空间光场相位、振幅及偏振的有效选择,在超分显微成像中受到了广泛的关注。为了提高多波长显微成像的分辨率,解决传统光学系统结构厚重、设计复杂等问题,基于相位补偿理论,运用传输相位法以及粒子群优化算法,设计了一种基于二氧化钛纳米单元柱的反射式消色差超构透镜,在500~550nm之间实现了恒定聚焦,且该透镜具有偏振不敏感的特性。与数值孔径相同但有色散的超构透镜的对比结果有效证实了该超构透镜的消色差功能。所设计的透镜可应用于多波长显微成像系统中并提高成像的分辨率。此外,该消色差透镜在数码相机和光学仪器等领域中也有较好的应用价值。

针对传统流式细胞分析技术中, 细胞亚结构形态识别困难以及荧光染色又会改变细胞活性问题的研究需要, 依据淋巴细胞和嗜酸性粒细胞形态特征建立了对应的偏心单核细胞模型及双核细胞模型。基于光散射理论下的仿真实验软件, 设计了可同时接收细胞前向和后向散射光谱的仿真实验光路, 获得了这两种细胞模型下的散射分布图谱, 由此建立了不同核质相对折射率下的前、后向散射光光强与442、532、633 nm入射波长关系。通过前、后向散射光谱特征分析, 发现在以后向散射光信号为纵轴, 前向散射光信号为横轴表征下, 淋巴细胞和嗜酸性粒细胞具有明显的分类分区散点特征, 从而提出了一种淋巴细胞以及嗜酸性粒细胞的分类识别方法。该散射分类识别计数方法对于设计全光学、非入侵、免标记的血细胞分析仪有一定的潜在应用价值。

目的: 随着对微观世界探索的不断深入, 人们对显微成像系统的性能, 如成像效率、成像质量以及三维成像等均提出了越来越高的要求。方法: 近年来, 在显微成像领域涌现出一批代表性的技术如定量相位成像技术、太赫兹成像技术以及结构光超分辨成像技术等, 此类技术凭借无损伤、无侵入、无电离辐射、可实时、可定量等优势, 在医学诊断、无损检测和安全检查等方面有着广泛应用。结论: 本文根据光源的不同对显微成像技术进行了分类, 首先对高相干激光、低相干光、太赫兹波以及结构光作为光源的四类无标记成像技术进行了简要介绍, 并阐明了成像的基本原理, 然后对这几类技术进行了特征分析。最后探讨了显微成像技术的发展趋势。