基于OCT散射量化表征细胞分布的研究
发布时间：2021-02-11 09:50
随着组织工程和再生医学的快速发展,无标记、非侵入性的可视化和量化三维组织模型中的细胞分布在组织工程领域具有重要意义。使用先进的成像技术监测细胞越来越重要,如细胞的分布、运动及生长情况。多种成像模式已被用于组织工程的检测,如CT、MRI、超声等成像精度低,无法满足细胞成像的需求,同时射线会对细胞造成不可逆的损伤。激光共聚焦成像技术只能成像微米级的深度,对于毫米厚的支架无法实现深度成像。OCT具有高分辨率、合适的成像深度、无损等特点,是组织工程中最理想的检测工具。本文以单次散射和多次散射两种提取散射系数的理论模型,研究了传统的基于OCT图像拟合斜率的提取算法,根据实验室搭建的OCT系统测量了已知光学特性的聚苯乙烯微球组织模拟液的散射系数,通过对比Mie散射的计算结果表明该算法的有效性。对于均匀和同种介质的散射系数提取具有较高的可靠性,但在组织工程中细胞随机不均匀的分布以及细胞大小的不同,拟合斜率的方法已不再适用。因此,提出一种基于单次散射模型的深度分辨散射系数计算方法,获取散射系数分布图来量化表征细胞浓度以及分布特征。对该方法进行了数值模拟来探究相关的特性,随着成像深度越深,散射系数的估计...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物材料和附着材料上的细胞的SEM图像
杭州电子科技大学硕士学位论文4图1.2手掌光声显微镜图像1.1.2.5核磁共振成像MRI通过外加梯度磁场检测样品或组织内部不同结构中发出不同的衰减电磁波，据此可以很清晰绘制出被测样品内部的三维结构图像。MRI对软组织有良好的成像对比度且分辨率可到亚微米级别，从而允许对细胞成像以及对组织进行分割和量化。Charlesedwards等人[31]利用MRI测定细胞凋亡或坏死引起扩散系数（ADC）的变化来衡量化疗时整体细胞毒性反应。Boustany等人[32]利用T1加权图像将脂肪和其他组织区分开来，并用于检测脂肪组织的发育。结合多种对比度机制，MRI被用来区分新骨的形成和余留的支架。MRI已经广泛用于成像生物材料和工程组织。使用造影剂，MRI能够追踪体内外组织工程结构上的细胞。尽管使用的造影剂无毒，但在这些造影剂存在的条件下，仍需要适当的细胞/组织分化/功能的构造。安全保证对这些造影剂未来临床上的使用十分重要。此外，尽管MRI成像深度较高，但空间分辨率只有约几百微米。更好的扫描仪正在开发中，但一般来说，空间分辨率和视野成反比。较高的分辨率需要几个小时的扫描时间，对工程组织的实时成像来说是个问题。1.1.2.6光学显微成像光学显微镜是一种传统的但在生物领域非常强大的工具。在一个复杂的生物系统中，可以选择不同的染色剂和荧光染料来增强对比和区分不同的成分。高分辨率，可选择的对比度使它成为每一个生物实验室必不可少的技术。然而，可见光和荧光灯的穿透深度非常有限，只有薄和透明的样品可以被可视化。不可避免地，所有组织或器官样本必须通过常规石蜡包埋和切片或冷冻切片处理切成大约3-10μm厚的薄片，然后才能通过光学或荧光显微镜观察。这些样品制备方法和组织学分析不仅耗时，而且可能会引入结构伪影或一些生物?
杭州电子科技大学硕士学位论文5孔收集荧光信号来完成光学成像，该针孔在空间上拒绝来自样品的焦外区域的光。它使得完整的光学非透明样本成像能够使用荧光探针产生组织结构的高分辨率（亚微米）图像，然而对于高散射组织的成像深度限于几百微米[33]。Thevenot等人[34]采用CM和冷冻切片技术相结合的方法。在细胞播种至支架和培养不同时间后，用染料对活细胞染色，然后冷冻切片。冷冻切片被重建成一个三维（3D）图像，以可视化细胞的分布，如图1.3所示。这种方法虽然稳健，但具有破坏性，且耗时长，因此在对大量样品进行纵向检测时存在过于繁琐、试验成本高等问题。多光子显微镜（MultiphotonMicroscope，MPM）依赖于同时吸收来自高强度短脉冲激光器（最常见的锁模钛：蓝宝石激光器）的两个或多个近红外光子，扩展了CM的成像深度，但成像深度仍然限制在400-500μm[35]。图1.3三维细胞分布和浸润分析流程图1.2OCT技术在细胞检测中的应用光学相干层析成像（OpticalCoherenceTomography,OCT）是一种很有前途的成像技术，结合了多种光学成像模式的优点，弥补前面提到的技术的许多局限性，主要用于医学领域[36]。近20多年来，OCT得到了不断的研究和发展，其分辨率、穿透深度和功能都有了显著的提高，已经克服目前组织工程中用于监测多孔支架内细胞生长和形态的诸多限制。由于环境参数对细胞生长有重要影响，而基质的沉积揭示了支架内的细胞生长情况，这将大大增加如何控制培养条件和优化细胞生长的理解，OCT在这方面发挥了重要作用[37,38]。由于细胞与支架的折射率不
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究[J]. 赵占盈,徐铭恩,石然,郭淼,严明,徐莹,王玲. 中国生物医学工程学报. 2014(02)
[2]实时超声在介导评估可注射CS/nHAC骨支架材料中的应用[J]. 阎禹廷,李鹤,袁月,李松建,陈彦. 中国临床解剖学杂志. 2014(02)
[3]谱域OCT成像系统在口腔组织检测中的应用[J]. 彭诚,张芹芹,吴晓静,朱思伟,高志,袁小聪. 光学精密工程. 2011(08)
[4]血管组织工程种子细胞的建立及意义[J]. 傅博,黄大伟,孙雪峰,谢院生,蔡广研,马强,陈香美. 中国中西医结合肾病杂志. 2011(01)
[5]组织工程三维多孔支架制备方法[J]. 徐文峰,欧媛,董玉. 重庆文理学院学报(自然科学版). 2010(02)
[6]基于光学相干层析术的组织光学性质测量[J]. 王凯,丁志华,王玲. 光子学报. 2008(03)
[7]三维培养的人成纤维细胞增殖特性在皮肤组织工程研究中的意义[J]. 刘志国,尚影,刘旺,夏照帆,陈玉林,方之扬,岳茂兴. 中国临床康复. 2004(02)
[8]聚乳酸组织工程支架材料[J]. 朱惠光,计剑,高长有,封麟先,沈家骢. 功能高分子学报. 2001(04)
[9]组织工程基质材料研究进展[J]. 闫玉华,周文娟,李世普,万涛. 国外医学.生物医学工程分册. 2001(04)
硕士论文
[1]高效上转换纳米复合物的深度光声/荧光/磁共振多模态活体成像研究[D]. 刘玉.厦门大学 2017
[2]基于光学相干层析成像技术的生物组织散射特性的研究[D]. 金重星.暨南大学 2011
[3]双积分球获取生物组织光学特性参数误差分析[D]. 陆为.华中科技大学 2007
本文编号：3028918
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物材料和附着材料上的细胞的SEM图像
杭州电子科技大学硕士学位论文4图1.2手掌光声显微镜图像1.1.2.5核磁共振成像MRI通过外加梯度磁场检测样品或组织内部不同结构中发出不同的衰减电磁波，据此可以很清晰绘制出被测样品内部的三维结构图像。MRI对软组织有良好的成像对比度且分辨率可到亚微米级别，从而允许对细胞成像以及对组织进行分割和量化。Charlesedwards等人[31]利用MRI测定细胞凋亡或坏死引起扩散系数（ADC）的变化来衡量化疗时整体细胞毒性反应。Boustany等人[32]利用T1加权图像将脂肪和其他组织区分开来，并用于检测脂肪组织的发育。结合多种对比度机制，MRI被用来区分新骨的形成和余留的支架。MRI已经广泛用于成像生物材料和工程组织。使用造影剂，MRI能够追踪体内外组织工程结构上的细胞。尽管使用的造影剂无毒，但在这些造影剂存在的条件下，仍需要适当的细胞/组织分化/功能的构造。安全保证对这些造影剂未来临床上的使用十分重要。此外，尽管MRI成像深度较高，但空间分辨率只有约几百微米。更好的扫描仪正在开发中，但一般来说，空间分辨率和视野成反比。较高的分辨率需要几个小时的扫描时间，对工程组织的实时成像来说是个问题。1.1.2.6光学显微成像光学显微镜是一种传统的但在生物领域非常强大的工具。在一个复杂的生物系统中，可以选择不同的染色剂和荧光染料来增强对比和区分不同的成分。高分辨率，可选择的对比度使它成为每一个生物实验室必不可少的技术。然而，可见光和荧光灯的穿透深度非常有限，只有薄和透明的样品可以被可视化。不可避免地，所有组织或器官样本必须通过常规石蜡包埋和切片或冷冻切片处理切成大约3-10μm厚的薄片，然后才能通过光学或荧光显微镜观察。这些样品制备方法和组织学分析不仅耗时，而且可能会引入结构伪影或一些生物?
杭州电子科技大学硕士学位论文5孔收集荧光信号来完成光学成像，该针孔在空间上拒绝来自样品的焦外区域的光。它使得完整的光学非透明样本成像能够使用荧光探针产生组织结构的高分辨率（亚微米）图像，然而对于高散射组织的成像深度限于几百微米[33]。Thevenot等人[34]采用CM和冷冻切片技术相结合的方法。在细胞播种至支架和培养不同时间后，用染料对活细胞染色，然后冷冻切片。冷冻切片被重建成一个三维（3D）图像，以可视化细胞的分布，如图1.3所示。这种方法虽然稳健，但具有破坏性，且耗时长，因此在对大量样品进行纵向检测时存在过于繁琐、试验成本高等问题。多光子显微镜（MultiphotonMicroscope，MPM）依赖于同时吸收来自高强度短脉冲激光器（最常见的锁模钛：蓝宝石激光器）的两个或多个近红外光子，扩展了CM的成像深度，但成像深度仍然限制在400-500μm[35]。图1.3三维细胞分布和浸润分析流程图1.2OCT技术在细胞检测中的应用光学相干层析成像（OpticalCoherenceTomography,OCT）是一种很有前途的成像技术，结合了多种光学成像模式的优点，弥补前面提到的技术的许多局限性，主要用于医学领域[36]。近20多年来，OCT得到了不断的研究和发展，其分辨率、穿透深度和功能都有了显著的提高，已经克服目前组织工程中用于监测多孔支架内细胞生长和形态的诸多限制。由于环境参数对细胞生长有重要影响，而基质的沉积揭示了支架内的细胞生长情况，这将大大增加如何控制培养条件和优化细胞生长的理解，OCT在这方面发挥了重要作用[37,38]。由于细胞与支架的折射率不
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究[J]. 赵占盈,徐铭恩,石然,郭淼,严明,徐莹,王玲. 中国生物医学工程学报. 2014(02)
[2]实时超声在介导评估可注射CS/nHAC骨支架材料中的应用[J]. 阎禹廷,李鹤,袁月,李松建,陈彦. 中国临床解剖学杂志. 2014(02)
[3]谱域OCT成像系统在口腔组织检测中的应用[J]. 彭诚,张芹芹,吴晓静,朱思伟,高志,袁小聪. 光学精密工程. 2011(08)
[4]血管组织工程种子细胞的建立及意义[J]. 傅博,黄大伟,孙雪峰,谢院生,蔡广研,马强,陈香美. 中国中西医结合肾病杂志. 2011(01)
[5]组织工程三维多孔支架制备方法[J]. 徐文峰,欧媛,董玉. 重庆文理学院学报(自然科学版). 2010(02)
[6]基于光学相干层析术的组织光学性质测量[J]. 王凯,丁志华,王玲. 光子学报. 2008(03)
[7]三维培养的人成纤维细胞增殖特性在皮肤组织工程研究中的意义[J]. 刘志国,尚影,刘旺,夏照帆,陈玉林,方之扬,岳茂兴. 中国临床康复. 2004(02)
[8]聚乳酸组织工程支架材料[J]. 朱惠光,计剑,高长有,封麟先,沈家骢. 功能高分子学报. 2001(04)
[9]组织工程基质材料研究进展[J]. 闫玉华,周文娟,李世普,万涛. 国外医学.生物医学工程分册. 2001(04)
硕士论文
[1]高效上转换纳米复合物的深度光声/荧光/磁共振多模态活体成像研究[D]. 刘玉.厦门大学 2017
[2]基于光学相干层析成像技术的生物组织散射特性的研究[D]. 金重星.暨南大学 2011
[3]双积分球获取生物组织光学特性参数误差分析[D]. 陆为.华中科技大学 2007
本文编号：3028918
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