本文關(guān)鍵詞：基于光纖束的相干反斯托克斯拉曼散射顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 相干反斯托克斯拉曼散射 二次諧波 光纖束 顯微內(nèi)窺成像 非線性光學(xué)成像 免標(biāo)記成像

【摘要】：相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent anti-StokesRamanScattering，CARS）成像技術(shù)具有免標(biāo)記、分子選擇性成像的能力，適用于生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。由于其非線性和相干性，CARS成像技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如基于分子振動(dòng)的化學(xué)選擇成像、較快的成像速率、高靈敏度、三維掃描成像和亞微米級(jí)分辨率。CARS顯微鏡技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而將CARS技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)上的體內(nèi)成像需要發(fā)展CARS顯微內(nèi)窺鏡。CARS顯微內(nèi)窺鏡目前面臨的最大挑戰(zhàn)是小型化。為此，本文將光纖束應(yīng)用于CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，以在縮小系統(tǒng)尺寸的同時(shí)保持較高的信號(hào)光子收集效率。本文研究工作包括四個(gè)部分： 1.搭建了基于光纖束的CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)，結(jié)合基于偏振態(tài)控制的四波混頻抑制方法和雙波長(zhǎng)波帶片獲得了消除了四波混頻噪聲的CARS圖像。測(cè)量了光纖束收集方式的收集效率，證明了在CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)中，光纖束比單根激發(fā)光纖具有更高的光子收集效率。獲得了光纖束收集的老鼠皮下脂肪細(xì)胞的CARS圖像和老鼠肺部組織的CARS圖像，并通過對(duì)老鼠脂肪細(xì)胞進(jìn)行了CARS三維斷層掃描成像和CARS光譜成像證明了該系統(tǒng)的三維斷層成像能力和CARS光譜成像能力。證明了光纖束在CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。 2.設(shè)計(jì)搭建了基于光纖束的雙通道CARS和二次諧波（SHG）顯微內(nèi)窺同時(shí)成像原型系統(tǒng)，將SHG成像功能加入到基于光纖束的CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)中。測(cè)量了兩個(gè)通道的收集效率，并系統(tǒng)研究了兩個(gè)通道收集圖像的差別以及造成差別的原因。使用兩個(gè)通道對(duì)老鼠皮下脂肪進(jìn)行了CARS成像，對(duì)老鼠尾部肌腱進(jìn)行了SHG成像。對(duì)老鼠尾部皮下組織以及肌腱組織進(jìn)行了CARS和SHG同時(shí)成像。通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光纖束對(duì)后向散射的前向CARS光子的收集能力。 3.系統(tǒng)比較了單根激發(fā)光纖和光纖束兩種收集方式的特點(diǎn)，提出使用基于單根光纖和光纖束同時(shí)收集的方法在CARS和SHG顯微成像中區(qū)分后向光子和前向光子。建立了系統(tǒng)的ZEMAX模型模擬光纖的收集光錐在焦平面的分布，并對(duì)單根中心光纖和光纖束對(duì)前向和后向CARS光子的收集特性進(jìn)行了討論。比較了單根光纖和光纖束收集的老鼠皮下脂肪組織的CARS圖像。對(duì)于SHG成像，建立了單根光纖和光纖束對(duì)前向和后向SHG光子光強(qiáng)收集的數(shù)學(xué)模型，利用該模型在對(duì)老鼠尾部肌腱的SHG成像中分離了前向和后向SHG光子構(gòu)成的圖像，并得到了單根光纖收集的兩種光子的比例。觀察到了老鼠尾部肌腱的產(chǎn)生前向SHG和后向SHG的散射體的結(jié)構(gòu)分布特征，該分布特征與老鼠尾部肌腱的結(jié)構(gòu)相關(guān)，，揭示了其結(jié)構(gòu)信息。該系統(tǒng)首次使得CARS和SHG顯微成像系統(tǒng)對(duì)厚度較厚的生物組織能夠區(qū)分出后向光子和前向光子的圖像，而這兩種光子的圖像在生物醫(yī)學(xué)研究中具有重要意義。 4.將光纖束收集方式與壓電陶瓷管驅(qū)動(dòng)掃描方式結(jié)合，搭建了基于壓電陶瓷管驅(qū)動(dòng)掃描方式和光纖束收集方式的CARS/SHG內(nèi)窺顯微成像系統(tǒng)。使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)光纖束實(shí)現(xiàn)掃描，將基于光纖束的CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)的掃描部分縮小，并提高了成像速度。證明了壓電陶瓷管對(duì)光纖束的驅(qū)動(dòng)能力和該方法的快速成像能力。通過該系統(tǒng)獲得了老鼠皮下脂肪組織的CARS圖像和老鼠尾部肌腱的SHG圖像。 本文的工作為光纖束在CARS和SHG顯微內(nèi)窺成像領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)，為CARS顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)的小型化提供了基于光纖束收集方式的探索，并為其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用做出了一定的貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：相干反斯托克斯拉曼散射 二次諧波 光纖束 顯微內(nèi)窺成像 非線性光學(xué)成像 免標(biāo)記成像
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O439
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 圖片清單11-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 引言13
• 1.2 拉曼散射13-15
• 1.3 相干反斯托克斯拉曼散射15-18
• 1.4 相干反斯托克斯拉曼散射顯微成像技術(shù)18-19
• 1.5 相干反斯托克斯拉曼散射顯微內(nèi)窺成像技術(shù)19-24
• 1.6 相干反斯托克斯拉曼散射顯微內(nèi)窺成像技術(shù)存在問題及技術(shù)展望24-25
• 1.7 本文主要研究?jī)?nèi)容25-27
• 第2章 基于光纖束的相干反斯托克斯拉曼散射顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)27-41
• 2.1 前言27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)28-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論32-40
• 2.3.1 聚苯乙烯小球的 CARS 成像和四波混頻噪聲抑制32-36
• 2.3.2 收集效率測(cè)量36-37
• 2.3.3 生物組織 CARS 成像37-40
• 2.4 結(jié)論40-41
• 第3章 基于光纖束的雙通道相干反斯托克斯拉曼散射和二次諧波顯微內(nèi)窺同時(shí)成像系統(tǒng)41-53
• 3.1 前言41-42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-50
• 3.3.1 CARS 光子收集效率43-44
• 3.3.2 兩個(gè)通道收集圖像的差別44-48
• 3.3.3 生物組織成像48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-53
• 第4章 基于單根光纖和光纖束的能夠同時(shí)區(qū)分后向光子和前向光子的相干反斯托克斯拉曼散射和二次諧波顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)53-75
• 4.1 前言53-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法55-56
• 4.3 CARS 成像實(shí)驗(yàn)和討論56-62
• 4.3.1 分辨率測(cè)量56-57
• 4.3.2 CARS 成像中單根中心光纖和光纖束收集性能比較57-62
• 4.4 老鼠尾部肌腱的 SHG 成像62-74
• 4.4.1 SHG 成像中單根中心光纖和光纖束收集性能分析62-65
• 4.4.2 SHG 成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論65-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第5章 基于壓電陶瓷管驅(qū)動(dòng)光纖束掃描的相干反斯托克斯拉曼散射顯微內(nèi)窺成像系統(tǒng)75-89
• 5.1 前言75-76
• 5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)76-84
• 5.2.1 壓電陶瓷管控制76-77
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)77-78
• 5.2.3 輸入輸出同步控制78
• 5.2.4 系統(tǒng)輸入輸出參數(shù)78-80
• 5.2.5 圖像重構(gòu)算法80-84
• 5.2.6 光纖束振動(dòng)測(cè)量84
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論84-87
• 5.3.1 聚苯乙烯小球 CARS 圖像84-86
• 5.3.2 老鼠皮下脂肪的 CARS 圖像86
• 5.3.3 老鼠尾部肌腱的 SHG 圖像86-87
• 5.4 本章小結(jié)87-89
• 結(jié)論89-91
• 參考文獻(xiàn)91-98
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單98-100
• 致謝100-101
• 作者簡(jiǎn)介101

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：635899