連續太赫茲波數字全息生物樣品成像方法研究

《連續太赫茲波數字全息生物樣品成像方法研究》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：連續太赫茲波數字全息生物樣品成像方法研究
• 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

太赫茲波具有獨特的低能性、高穿透性、懼水性等成像特性，在生物醫學檢測等領域具有重要的套用。本項目研究連續太赫茲波段的數字全息成像方法，旨在針對生物樣品，發展一種無損無標記的、實時全視場、高解析度成像技術。 首先，基於太赫茲波的傳輸理論和相干特性，研究連續太赫茲波數字全息成像機理，分析成像空間解析度、視場、焦深與景深的內在制約關係，結合生物樣品的實驗條件，最佳化成像系統設計。其次，基於亞像素微位移及濾波處理，獲取高質量的太赫茲全息圖。隨後，在樣品照明光路中引入二維光柵收集衍射高頻分量，發展相位恢復的外推算法，獲得突破探測器參數限制的高解析度、高保真度的定量幅值和相位分布信息。最後，構建實際生物樣品的成像裝置，開展動態定量觀測研究，建立太赫茲波振幅和相襯圖像信息與樣品生理學參數的聯繫。本項目的開展將為現代生物醫學的無損可視化研究提供一種太赫茲波段的高解析度、動態連續的定量檢測方法。

結題摘要

太赫茲波具有獨特的傳播和成像特性，在生物醫學領域具有重要研究價值。本項目對連續太赫茲波數字全息成像方法及其生物醫學套用開展研究，發表SCI論文17篇，授權發明專利4項。研究進展如下： 首先，提出了基於高斯擬合與頻譜濾波的太赫茲圖像增強技術，提出了基於相位恢復的外推疊代算法、亞像素微位移方法與合成孔徑方法等三種連續太赫茲波同軸數字全息解析度提高方法，實驗解析度達到100微米。提出了基於稀疏採樣的太赫茲全息圖記錄方法，提出了一種基於隨機掩膜的太赫茲離軸數字全息的散斑噪聲抑制技術，和一種基於反射式連續太赫茲波數字全息的隱藏物體形貌檢測方法。開展了連續太赫茲波疊層成像方法研究，提出了一種基於衍射回傳的疊層探針位置校正方法。實驗方面，測量並分析了光泵太赫茲源的功率穩定性、相干長度和譜寬等物理參數，搭建了多套連續太赫茲波同軸數字全息成像裝置，國際上首次將太赫茲數字全息套用於生物成像，在人體原發性肝癌組織切片的太赫茲相襯像中觀察到纖維化組織，已套用於成都中醫藥大學人體肝癌組織成像分析和一系列肝臟疾病早期診斷。 其次，開展了一系列連續太赫茲波三維計算層析成像方法研究。提出了一種基於面陣式探測器的連續太赫茲波數字全息層析成像方法，提高了投影數據採集效率和再現圖像保真度。將光場調控技術引入計算層析成像系統，將太赫茲貝塞爾光束和層析成像技術相結合，獲得了大景深成像樣品的二維橫截面重建圖。開展連續太赫茲波計算層析成像方法在生物樣品內部結構檢測的套用，通過層析重建算法獲得了雞尺骨不同位置的二維橫截面圖，分析雞尺骨的內部結構成分。 此外，提出了一系列數字全息再現算法，提出了一種同軸-離軸複合數字全息成像方法，利用離軸全息再現像作為同軸全息相位復原疊代初始值，可以有效消除共軛像，並提高成像解析度。提出了一種同時適合離軸和同軸光路的雙平面記錄的數字全息成像方法，並用於強相位畸變時的成像。