《生物活細胞的無損定量數字全息顯微成像方法研究》是依託北京工業大學，由王大勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：生物活細胞的無損定量數字全息顯微成像方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王大勇
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
數字全息術能夠獲取衍射光場的定量相位分布並據此實現相位物體的結構形貌測量。本項目研究採用數字全息顯微方法對無標記的生物活細胞進行高解析度相襯成像，獲取細胞形態、生理學參數和動態特性等定量信息，用於細胞的藥效反應分析和評價。.針對活細胞生長製備與裝載的特殊實驗條件，利用焦深、景深和空間解析度、視場的內在制約關係最佳化數字全息顯微成像系統。採用衍射傳播的中間平面和直接積分快速計算方法實現高解析度高保真再現，以解決現有再現算法解析度受限於系統參數的問題。結合透明樣品的復振幅分布特性，發展基於相位分布信息的聚焦判定準則，改善聚焦的準確度和可靠性，建立合理的像差校正數學模型。引入部分相干光照明降低相干噪聲，提高系統的相位測量精度。本項目的開展將為現代生物醫學和生命科學的無損可視化研究提供一種高解析度、動態連續的活細胞定量檢測手段。
結題摘要
數字全息術能夠獲取衍射光場的定量相位分布並據此實現相位物體的結構形貌測量。本項目採用數字全息顯微方法對無標記的生物活細胞進行高解析度相襯成像，獲取細胞形貌和動態特性等定量信息。理論推導了數字全息成像系統的解析度、焦深和系統實驗參數的內在制約關係；提出了基於全息圖頻譜移中心的一次相位畸變校正和基於曲面擬合的二次位相畸變校正算法，兩種校正方法均僅需記錄單幅全息圖，無需精確測量實驗中的光學參數。發展了實時二次相位畸變校正方法，降低了數值計算的複雜度。提出了多角度無透鏡傅立葉變換數字全息散斑抑制方法，大大提高了圖像信噪比。提出了將判據函式直接套用於相位像上的自動聚焦算法，結果顯示該方法的聚焦更加準確。 針對活細胞生長製備與裝載的特殊實驗條件，結合光纖搭建了倒置式緊湊型數字全息顯微成像系統，開展了一系列的活體細胞相襯成像實驗研究。獲得了老鼠大腦海馬區神經元活細胞的形貌特徵，可為研究海馬區神經元細胞的活動對於記憶的運作機制等方面提供生物參數依據；對活體宮頸癌細胞的生長狀態進行了檢測，結合圖像分割技術得到了宮頸癌細胞生長的細胞密度參數，為自動無損的細胞培養狀態監測提供了新的方法；長時間動態觀測了活體細胞在不同外界環境下和藥物作用下宮頸癌細胞的形態變化過程。本項目的開展為現代生物醫學和生命科學的無損可視化研究提供了一種高解析度、動態連續的活細胞定量檢測手段。
