介觀反射光譜成像方法與應(yīng)用研究.pdf

1、惡性腫瘤已成為人類健康的最大威脅之一。目前，癌癥病人的整體治療效果并未有實(shí)質(zhì)性提高，其中一個(gè)主要的原因是沒有一種可靠有效的方法來探測(cè)到細(xì)胞癌變過程中超早期的變化，即納米尺度的基因變異還沒有導(dǎo)致細(xì)胞組織學(xué)上的變化。癌的形成過程中包含著上皮細(xì)胞的遺傳和表觀遺傳改變的逐步積累，這一過程通常有好幾年。然而能被顯微技術(shù)檢測(cè)出的結(jié)構(gòu)異常與變化已經(jīng)是整個(gè)過程中相當(dāng)晚的階段了。從癌癥研究的角度來說，較病理組織學(xué)層面更早地檢測(cè)出癌變過程非常地重要。因此，

2、腫瘤早期發(fā)現(xiàn)的方法研究是亟待攻克的重要課題。
　　 本文介紹了一種基于介觀反射光譜分析的納米尺度折射率波動(dòng)探測(cè)的方法。該方法避開了遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)衍射極限的限制，有望應(yīng)用于獲取之前無法覺察的納米尺度變化的統(tǒng)計(jì)信息。
　　 通過對(duì)生物細(xì)胞模型的分析，明確了細(xì)胞體系中近似一維光傳輸?shù)臈l件和實(shí)現(xiàn)途徑，為介觀反射光譜獲取與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為反射光譜的高信噪比探測(cè)與光譜漲落成分的正確分離提供指導(dǎo)；通過對(duì)介觀光傳輸理論的分析，揭示

3、了介觀反射光譜用于納米尺度折射率波動(dòng)表征的機(jī)理，分析了混亂度作為反映細(xì)胞癌變光學(xué)指紋的可行性。
　　 運(yùn)用時(shí)域有限差分方法，分析了光在一維折射率分布介質(zhì)中的傳播情況和光譜特征，并通過精確控制一維通道內(nèi)部折射率波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差和空間相關(guān)長度，定量分析了混亂度的仿真計(jì)算值及其與理論設(shè)置值的關(guān)系。結(jié)果表明，介觀反射光譜對(duì)混亂度的變化是高度敏感的，一維通道內(nèi)納米尺度上的折射率波動(dòng)可以通過介觀反射光譜來感知，而且，混亂度在一定近似條件下，隨著

4、折射率波動(dòng)方差及其相關(guān)長度的增大而線性增大。
　　 基于上述理論研究，建立介觀反射光譜獲取與處理系統(tǒng)。構(gòu)建照明單元、成像單元，權(quán)衡介觀通道尺度、衍射受限橫向尺度、光束準(zhǔn)直性及空間相干性之間的匹配，優(yōu)化介觀反射光譜獲取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確保近似一維光傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)和空間非相干抑制機(jī)制的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)介觀反射光譜的遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)。開展了載玻片及玻璃基底的鍍膜片的一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用介觀反射光譜成像方法可以有效地區(qū)分以往顯微成像技術(shù)無法分辨的樣