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光学成像技术国内外研究现状

时间:2022-03-15 20:59来源:毕业论文
现代光学成像技术可以分为荧光成像(Fluorescenceimaging)、生物发光成像(Bioluminescenceimaging)、光声成像(Photoacousticimaging)、光学层析成像(OpticalCoherencetomography,OCT)等几大类。在荧光

现代光学成像技术可以分为荧光成像(Fluorescenceimaging)、生物发光成像(Bioluminescenceimaging)、光声成像(Photoacousticimaging)、光学层析成像(OpticalCoherencetomography,OCT)等几大类。在荧光成像技术中,荧光显微镜是最早的成像系统,这种技术被广泛应用的原因在于几乎所有的有机分子都能直接或间接经处理后发出相应的荧光被观测分析。用分子能级图解释这种现象是因为大多数原子核周围的电子在常态下都处于其最低能级,当受到能量激发后(如光照),电子会跃迁到能量较高的激发态,而处于激发态的电子不稳定会释放能量回到基态,其中以光子辐射形式发出的出射光称为荧光。荧光成像的理论基础是被激发产生的荧光强度在一定的范围内与样品内荧光素含量成线性关系78921
基于这种线性关系即可重构图像。生物发光技术是用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA,再利用灵敏的光学检测仪器直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为[9]。与荧光技术相比,生物发光具有特异性强,无自发荧光,高灵敏度且可精确定量等优点,但同时也具有成本高,技术手段复杂的缺陷。光声成像(PhotoacousticImaging,PAI)是一种新兴的非入侵式和非电离式的生物成像手段。使用脉冲激光照射生物组织将使被照射区域产生超声信号(光声信号)。由于光声信号中含有组织的光吸收特征信息,分析得到的光声信号即可重建组织的光吸收域图像。光学相干层析成像(opticalcoherencetomography,OCT)是在20世纪90年代逐步发展而成的一种新的三维层析成像技术。OCT基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力,通过扫描重构出样本内部结构的图像。OPT是CT技术与显微镜技术完美结合的产物,具有极高的分辨率与成像深度,也能够利用彩色染料和荧光染料对样品进行组织特异性或基因特异性着色处理论文网;因其上述优点,OPT在组织发育、基因表达、以及医疗诊断等方面的研究中具有重要价值;OPT成像时,通过测量样品某断层在不同方向上的一维投影,再通过Radon逆变换来重建该断层的二维图像;得到样品的多个断层图像后,叠加可重建出样品的三维图像,方法简单直观[10]。最近一些新的技术的发现被用来发展OPT成像,Flow-OPT产生流动对比图的图像从许多静态图像中提取运动部件,这种无标记的方法独特的剖析并强调了体内的循环系统,产生具有良好对比度的高分辨率图像,但局限于可追踪运动的重构。3D重构在形态学和遗传发育学上具有较大意义,特别是斑马鱼胚胎样品[11,12],无论是受精一到三天的胚胎还是发育完全的成熟个体都具有较大的研究价值[13,14]。Flow-OPT允许对荧光标记的生物体进行3D重构,例如斑马鱼胚胎,然而其分辨率不足以观察生物体的细节,同时荧光标记的要求限制了这种方法在具有超低散射和衰减特性的样本上使用。

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