利用偏振光散射方法检测癌细胞

血液中病变细胞的检测是疾病诊断的重要依据.在癌症的诊断过程中,血液中存在癌变细胞说明身体已经有癌变组织.因此,识别和检测这些细胞在医学上具有重要的意义.偏振是光的固有属性,可以通过检测光与物质相互作用后的偏振变化来检测物质的性质.本文首次利用偏振光散射方法对悬浮在磷酸缓冲液中的癌细胞进行研究,利用红细胞和癌细胞以及活着的癌细胞和死亡的癌细胞在偏振特征上的不同,对其进行了成功的分辨.该方法具有非侵入、无损伤、高灵敏、高分辨的特点.为癌症诊断和治疗效果评估提供新思路.

利用偏振光散射技术的藻类絮凝过程监测

在水体中添加适量絮凝剂和助凝剂将藻类絮凝沉降是藻华治理的常用方法。水体现场环境复杂,影响絮凝效果因素较多,能原位监测藻类絮凝过程有利于提高治理效果。以铜绿微囊藻为样本,添加不同浓度的聚合氯化铝和高岭土形成絮凝体悬浮液,并利用偏振光散射技术观察不同絮凝体悬浮液的偏振参数。研究结果表明,偏振参数可表征随着絮凝剂和助凝剂用量变化而引起的不同絮凝过程,显示偏振光散射技术描述藻类絮凝过程的潜力。该方法为藻类絮凝过程研究、藻华治理监测、污染水处理、药剂开发等提供了一种非接触、无标记、快速的原位监测手段。

基于全偏振显微成像的数字病理技术

数字病理技术利用经过数字化的病理样本显微图像及其特征,并配合人工智能技术,实现生物组织病变特征的定量评估和判定,辅助临床医生做出诊断结论。利用偏振光照明和偏振探测可以实现全偏振成像,图像每个像素的偏振特征都包含更加丰富的信息,特别是普通光学成像难以获得的亚细胞超分辨微观结构特征信息,可为病变组织的识别和定量评估提供更为有效的手段。本文总结了全偏振成像技术,并结合典型临床应用归纳总结了全偏振显微图像的数据分析方法和最新进展。

手持偏振光声计算层析成像探头设计及应用研究

光声成像技术(PAT)通常将生物组织对光的吸收系数视为标量,然而大多数生物组织具有各向异性,对不同偏振态的光的吸收系数是不同的,这限制了光声成像技术在一些有偏振需求的临床诊疗中的应用。基于此,设计了一种基于光纤引导的激发光手持偏振角度可调的光声计算层析成像(PACT)探头,并搭建了偏振PACT系统,旨在为术中偏振组织检测提供影像学依据。激发光由非保偏光纤引导传输,经过一系列透镜整形后,由起偏器起偏并用半波片调节激发光的偏振角度进行声信号的激发。实验中,通过对不同光轴方向和位于散射介质不同深度偏光片进行多次偏振光声成像实验,成功地实现偏光片的光轴方向检测和深度成像。此外,通过使用两个正交偏振角度的激发光对牛肌腱进行光声成像,成功地提取了牛肌腱的结构信息,验证了所设计的手持偏振光声成像探头及偏振PACT系统的成像能力和各向异性检测性能,有望为具有各向异性生物组织(如神经和肌腱)的术中诊断和治疗提供影像学依据。

基于全偏振成像的数字病理方法

数字病理技术能够对病理切片进行高分辨率数字化,并利用计算机和数据技术对数字化图像进行定量分析和特征识别,以便降低病理医师的工作强度,提高诊断客观性和准确性,实现病理辅助诊断.全偏振显微成像是正在迅速发展的一类成像技术,具有不依赖染色、不造成损伤、富含亚细胞超分辨微观结构特征信息等优点,可在不同解剖学层次和空间尺度针对生物医学样本的微观结构进行定量表征,或对生命过程进行原位、在体的动态观测,在临床病理诊断等领域已经展示出了十分诱人的应用潜力.本文从数字病理图像分析技术的概念和方法出发,简要介绍偏振成像方法以及基于偏振成像技术的数字病理图像分析方法的前瞻性研究成果,目的是展示偏振数字病理的概念、技术、方法和初步应用,并展望其潜在的应用前景和未来发展方向.

基于偏振成像的面部皮肤结构和特征非接触在体测量方法

数字成像技术能对皮肤的微观结构、生理特征、新陈代谢情况等进行描述,有助于对皮肤形态和动态平衡机制进行定量评估,对皮肤病筛查等具有重要意义。偏振成像方法以其非接触、信息量丰富、无需染色标记等特点,被广泛应用于包括皮肤检测在内的生物医学研究领域。本文提出了一种基于偏振成像的面部皮肤结构和特征的非接触在体测量方法,并利用这一方法分析了不同偏振成像模式对面部皮肤不同参数测量结果的影响。具体而言,首先构建了一套可调偏振成像模态的人体面部皮肤测量系统,然后分别在无偏振、平行偏振和正交偏振三种成像模式下对5个基于CIE Lab色彩空间和Frangi滤波器的面部皮肤参数进行了测量分析。通过对不同参数在面部不同区域的异质分布进行细化探究,得到了不同偏振模态成像获取特定面部皮肤参数的效果差异,并给出了不同参数的偏振测量建议,为提高临床应用中偏振成像非接触、定量测量皮肤参数的有效性奠定了基础。

非标记、定量化穆勒矩阵偏振成像在辅助临床诊断中的应用

近年来,随着新型光学器件的出现与数据处理能力的提升,偏振光学成像技术在生物医学领域的应用逐渐增多。穆勒矩阵因可以完备地表述样品的偏振信息,且测量装置可与传统光学仪器兼容,非常适合于生物医学样品的研究。同时,与非偏振光学方法相比,穆勒矩阵对亚波长结构敏感,还可以额外提供包括双折射、二向色性在内的样品的光学各向异性信息。介绍了穆勒矩阵偏振成像的基本理论与装置,包括穆勒矩阵参量的提取、背向散射成像、偏振显微成像、偏振内窥与偏振染色等在生物医学检测中具有一定应用潜力的方法和技术,并展示了穆勒矩阵成像在肝癌、乳腺癌、胃肠肿瘤等多种病理组织辅助诊断中的最新研究进展。穆勒矩阵偏振成像作为一种非标记、定量化、无损伤的快速检测技术,在生物医学领域显示出了广阔的应用前景。

海洋颗粒物的原位细致分类、应用与展望

海洋中各种微小颗粒物无处不在,它们与海洋物理过程、化学过程、生物和地质沉积等几乎都有关联,尤其在海洋碳循环中起着不可忽视的作用。但长期以来人们对海洋颗粒物的原位观测技术,以及对观测数据的细致分类仍不能满足需求。偏振光散射测量对散射颗粒的粒径、形态和亚细胞层次的微观结构特征十分敏感,测量结果可用于对复杂的海洋颗粒物结构特征甚至海洋生物的生理状态进行定量表征和细致分类。实现偏振光散射的原位动态监测已经在海洋环境监测领域展示出诱人的应用潜力。简单介绍海洋颗粒物的检测方法,重点介绍基于偏振光散射的颗粒物细致分类方法和初步应用,并对其未来的发展方向进行展望。