基于数字全息的活体细胞动态相衬显微观察

针对生物活体细胞的观测要求,研究了一种基于数字全息的动态相衬显微实验方法.利用光纤器件和分立光学元件搭建了一套预放大离轴数字全息实验系统,采用无穷远校正显微物镜提高了成像分辨率,同时通过曲率匹配透镜和构造数字相位掩模对相位畸变进行了校正.对小鼠活体骨细胞样品进行了连续动态观察,得到了反映细胞运动和形态变化的相衬显微图像,证明了此方法的可行性.

光学相衬显微术在地学中应用的探讨

本文介绍了光学相衬显微术的基本原理、方法和应用。光学相衬显微术能够观察到用普通显微术无法观察到的透明活体微生物的细微结构,50年代应用到矿物晶体微形貌学中,进行晶体表面生长的动态观察。笔者主要用来观察透明矿物晶体的结晶状态及显微构造。观察的结果表明,运用这种方法在地学研究中将会发现一些未曾开发的新内容。

基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的煤孔隙结构表征

以上海同步辐射装置产生的同步X射线束为光源,对3种不同变质程度煤样的相位衬度CT成像和重构二维横截面投影,得到煤样和煤中矿物质的三维立体图像,经定量分析可知煤样的总孔隙体积、单个矿物质最大体积、矿物质总数以及矿物质平均体积等参数。结果表明:随着变质程度的加深,煤中总孔隙体积和矿物质平均体积均呈逐渐减少趋势,煤中孔隙从大孔逐渐过渡到大中孔和微孔,呈逐渐紧密化的物理结构特征。

基于系统标定的相衬显微数字全息方法

提出一种基于系统标定的相衬显微数字全息方法。对相衬显微数字全息原理进行了理论分析,表明用两个分别位于记录面和像面的数字相位掩模,在不影响重建像放大倍率的情况下,可以消除由显微物镜引入的相位弯曲。给出了相位掩模的数学模型,并提出通过系统标定来构建所需相位掩模的方法。其基本思路是,通过预先拍摄成像物镜加入前后的两幅参考数字全息图,结合滤波还原和最小二乘拟合等数字处理方法,提取全息记录系统的参数,用于构建数字相位掩模。利用该技术对最大宽度不超过0.09 mm的小水珠进行了不同放大倍率的相衬显微成像实验,验证了该技术的有效性和方便性。

船用柴油机第一道活塞环岸积碳的微观形貌和孔隙特性的相衬显微CT研究

大型二冲程船用柴油机具有热负荷高、燃用重油、润滑油参与燃烧及其变质、颗粒物排放高等特点，直接或间接地导致其燃烧室内更为明显的积碳现象，同时积碳层的构成和特性会显著影响柴油机的输出动力性能和排放特性．采用我国第三代同步辐射装置一上海光源的x射线相衬显微CT技术，对第一道活塞环岸积碳样品进行了三维无损显微成像．通过定量数字图像处理，对积碳层的微观特性和孔隙分布特性进行了分析研究．结果表明，活塞环上部积碳厚度基本在1．0mm左右，仅为缸套和活塞间距的一半，但是其表面形态显示出与缸套强烈的摩擦磨损痕迹，这说明该部位的积碳会明显破坏缸套的滑油分布．同时积碳内外表面裂纹密集，而中部裂纹较疏松，积碳内外表面的裂纹形成机理存在显著差异．从孔隙连通性来看，几乎所有的裂缝都是相通的，计算得到的总的孔隙率在10．9％～12．8％之间．并且连通的裂纹中存在交汇的孔洞结构，这些孔隙结构可能对燃气产生吸附和解吸的作用．

DIC显微术及在大气颗粒物观察中应用的研究

微分干涉相衬(DIC)显微术使用诺马斯基棱镜完成光束的分割、合成,合成光束发生干涉,将样品上各部分折射率、厚度的变化率或表面起伏的不同转化为像面上光强的差别,故像面是物面的微分。DIC与无限远光学系统的结合,减小了棱镜、检偏器的插入引起的负面影响。将该DIC应用于PM2.5大气颗粒物的研究,得到了优于其它显微术的图像。

X射线相位衬度显微成像的原理与进展

当前医学影像学的发展趋势是提高人体软组织成像的衬度分辨率及空间分辨率,由宏观影像学向微观影像学的方向发展。微观影像学能看见微米级的组织和细胞结构,能在活体上无损和动态地观察人体内部器官的微细病理变化,从而能早期做出准确的细胞病理学的定性和定位诊断,以及早期进行精确的定点清除治疗。在提高软组织成像的衬度分辨率方面,相位衬度成像技术是国内外关注的热点。据报道,软组织的X射线相位衬度的分辨率约为常规X射线CT吸收衬度分辨率的1000倍。本文以北京同步辐射装置产生的同步X射线束为光源,应用衍射增强成像(DEI)技术,对人和动物脏器的软组织进行相位衬度成像。结果表明:相位衬度显微成像可清晰显示肺泡、肾小管、肝小叶等微细的组织结构,其空间分辨率可达20微米,这些在常规X射线CT吸收衬度成像是看不见的。医学相位衬度〔简称“相衬”〕显微CT成像将是医学显微影像学的未来发展方向。

网格光栅和电子显微镜倍率的测定

透射式电子显微镜(TEM)倍率的测量和标定是TEM的一项基本测试技术。传统的方法是用衍射光栅的刻槽间距作为基准尺寸进行测试。本文改进了以往用相衬显微术测定光栅样品间距的方法,而用普通的显微镜在掠射照明情况下测定了原刻光栅和TEM光栅复型的刻槽间距。发现了光栅常数的标称值和由干涉方法测定的刻槽间距平均值与复型样品的实测间距有较大的误差。测试结果表明,光栅刻槽间距的局部误差呈随机的高斯分布;不同方位的刻槽间距也有差异,而光栅复型样品制备时引入的变形是导致间距误差的主要因子。本文用高斯误差定律归纳了原刻光栅和光栅复型间距的大量实测数据,求得了光栅刻槽间距的最佳代表值及其或然误差,从而在一定置信水平上保证了TEM倍率测量的可靠性,其精度优于2%。不同间距的各种网格光栅(300,600,1200,2400Line/mm)已能提供实际测试。

UBK7玻璃后表面缺陷诱导体内激光损伤

对 UBK7玻璃在波长为 1 .0 64 μm的短脉冲激光作用下产生的损伤进行了研究。通过对体损伤的形貌的相衬显微镜观测 ,发现体内和后表面炸裂点间的丝状损伤 ,从而提出后表面缺陷导致体损伤的理论解释。同时分析了表面损伤和体损伤的机理 。

新疆阿魏特征显微结构的三维原位无损研究

利用新型第三代高亮度同步辐射光源相衬成像技术,可实现弱吸收(主要含碳、氢、氧和氮等元素)物质材料特征结构的无损三维鉴定。以具有极高药用价值的新疆地产药材——阿魏(Ferula)为研究对象,采用同步辐射高分辨X射线相衬显微CT技术,并结合相位恢复算法,有效解析和评价了新疆阿魏(F.sinkiangensis)的三维特征结构,极大提高了对药材类生物样品的显微结构和密度的分辨能力,从而为新疆阿魏的特征分辨、品质鉴定和真伪识别提供了一种直观可靠的三维可视化新手段。

全息相衬干涉显微术研究金属枝晶的生长

利用全息相衬干涉显微术研究了金属枝蔓晶的生长．对传统的三电极电解池进行改装，使其适用于激光全息实时研究．研究了由离子迁移扩散而引起的浓度梯度问题，讨论了枝蔓晶生长的速度控制。

高稳定性定量相位显微技术

定量相位显微技术容易受到环境扰动的影响。如何克服环境扰动对量化相位成像的影响,一直是相位成像领域研究的热点。着重介绍了物参共路数字全息显微技术和单光束定量相位显微技术。前者主要包括斐索干涉显微、Mirau干涉显微、离轴和同轴点衍射干涉显微、双球面照明的数字全息显微和空间复用数字全息显微;后者主要包括共轴数字全息和基于平行光照明、超斜照明和多点离轴照明的定量相衬显微。希望该综述能为构建高稳定性、实用化定量相位显微装置提供有益参考。

外观和运动模式感知的有丝分裂细胞检测

目的在癌症筛查和药物研发等医学研究和诊疗过程中,显微图像中的有丝分裂细胞检测可以提供重要的生物学判据。然而,不同培养条件下图像分布差异明显,且细胞密度逐渐增大导致场景变得复杂,常规预处理方法难以进行有效的区域筛选;不同阶段细胞外观相似、运动过程模糊,现有方法缺乏对区域特征编码的显式监督,容易因为语义区分能力不足导致错误预测。为此,本文提出基于外观和运动模式感知的检测框架,通过两阶段预处理和对细胞状态模式的判别性学习,实现复杂场景下的精准预测。方法本文方法采用3阶段检测框架:在预处理阶段结合区域分割网络和先验优化算法来充分精简候选区域;在预训练阶段构造基于图像分类和重构的两种辅助任务,为候选区域的外观和运动编码提供直接监督,使编码网络具备对不同细胞状态的语义感知能力;在全模型训练和预测阶段,以预处理得到的候选区域序列作为输入,用预训练的编码网络提取候选区域特征,最终通过时序网络融合序列上下文信息得到细胞检测结果。结果在C2C12-16数据集上的实验结果表明,本文方法的平均性能达到:验证集精准率85.3%,召回率89.3%,F得分87.2%;测试集精准率86.4%,召回率86.1%,F得分86.2%,时序检测误差0.221±0.536帧,空间检测误差3.321±2.461像素,在检测精度和稳定性上都超过了现有方法。结论本文提出了新的复杂场景下有丝分裂细胞检测框架。所采用的预处理策略可以有效精简候选区域,显著提高检测效率;针对编码网络的辅助任务预训练充分提升了模型对候选区域外观和运动特征的学习能力,最终能够克服电镜图像中复杂场景和细胞模式的干扰,准确且稳定地对有丝分裂细胞进行时空检测。

基于改进U-Net的自动聚焦相衬技术在细胞成像中的应用

本文针对普通显微镜相衬成像需要手动聚焦、切换相位板等问题,提出了一种基于深度学习的自动聚焦相衬显微方法,并且基于该方法设计了一种基于U-Net的网络框架。在该网络框架中引入残差模块和空间注意力机制,目的是使网络更好地利用特征图之间的关系,同时使用密集模块加强特征信息复用,以提高网络的性能。采用三种不同类型的样本在不同的焦距下进行训练网络,数值计算和实验结果表明,所提方法可以快速、精准地实现自动聚焦相衬成像,并达到去噪的效果。此外,将本文所提网络框架与U-Net、生成对抗网络进行了比较,较高的SSIM值显示了所提网络框架的优势。最后,使用基于少量数据集即可完成训练的生成对抗网络对自动聚焦相衬成像进行验证,证明了该方法的可行性。本文所提出的基于改进U-Net的自动聚焦相衬成像方法有助于细胞生物学研究。