基于偏振成像的癌变组织检测方法研究
发布时间：2022-01-13 15:46
快速病理检测已经成为临床癌症诊断的重要应用点,病理切片的显微观测仍然是癌症病理诊断中准确性较高的检测方式。但普通光强成像通常需要观察经染色处理后的病理切片,才能较好的区分癌变组织和正常组织。病理切片的染色处理会一定程度上的增加检测时长。偏振成像技术能够快速利用正常组织和癌变组织之间的微观结构差异,表达出不同的偏振特性,然后直接体现在其偏振图像中。并且可以对未染色处理过的病理切片直接成像。Mueller矩阵作为可以完全表征生物组织所有偏振特性信息的方法,矩阵中所包含的偏振信息能够直观解释被测组织内部结构所表达的光学特性。随着Mueller矩阵及其分析方法的逐渐发展,使得偏振成像技术在癌症的快速病理检测方面展现出很好应用潜力。本文利用偏振成像快速、非染色,并能准确表征生物组织结构差异的优点,提出了一种基于偏振成像的癌变组织检测方法。首先根据双旋转波片法设计并搭建了一套测量组织散射光Mueller矩阵的自动化成像系统。系统通过高精度电控旋转台带动偏振器件转动实现对光波偏振态的调制和检偏。其次运用搭建完成的系统,对乳腺癌、肺腺癌和肝细胞肝癌未染色组织病理切片进行Mueller矩阵测量实验。最后...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
肝组织旋转线偏振成像系统（P1为起偏器，P2为检偏器，L1为成像透镜）
第2章偏振光基础理论7第2章偏振光基础理论2.1光的偏振态波动光学理论指出，光波是频率较高的横向电磁波。如图2.1所示，光沿Z轴方向传播，电场矢量E和磁场矢量H处于同一平面内。电场方向、磁场方向和光的传播方向相互正交。光波与介质相互作用时，由于电场所起到的作用远大于磁场，所以通常用电场矢量E来表示光矢量。光的偏振是光具有矢量性的体现，光的偏振态实质描述的是光在传播过程中电矢量的振动状态。图2.1光波的传播根据光的偏振性可以将光分为三类，分别是自然光，部分偏振光以及完全偏振光。自然光所有方向上的振动的光矢量在各个方向上的振动几率和大小相同；而部分偏振光是指在与自然光的传播过程中，光矢量的振动分布在各个方向上只有某一方向上振动比较显著，可以看作自然光与完全偏振光的叠加；偏振光是在传播过程中，光的电场矢量E按照一定规则振动的光。假设光波沿z方向传播，电场矢量E在相互正交的x和y平面内振动，电场矢量的单色平面波方程可表示为式(2-1):EEcos(tkz)（2-1）则x轴和y轴方向单色平面波电场矢量方程可进一步表示为：1122cos()cos()xyEEtkzEEtkz（2-2）其中E1和E2分别为电场矢量x、y方向的振幅，ω为角频率，k为波矢量又称为空间角频率和波数，t是传播时间，ψ1和ψ2表示电场矢量相位。令x和y方向上电场矢量的相位差为σ=ψ1-ψ2，可以消去式（2-2）中的（ωt-kz）得到式（2-3）：
第2章偏振光基础理论9图2.2相位差取不同值时的椭圆偏振2.2偏振态的描述对光不同偏振态的描述方法主要包括Jones矢量和Jones矩阵描述法，Stokes矢量和Mueller矩阵描述法，三角函数和Poincare球描述法[37]。其中，三角函数和Poincare球描述法不能对光的偏振态进行定量描述。Jones矢量和Jones矩阵描述法适用于定量描述完全偏振光，但大多数自然光的反射和散射属于部分偏振光。Stokes矢量和Mueller矩阵描述法既可以定量描述完全偏振光也可描述部分偏振光和非偏振光，所以在对生物组织的偏振成像应采用Stokes矢量Mueller矩阵描述法。2.2.1偏振光的Stokes矢量表示Stokes矢量法是由英国物理学家G.G.Stokes在1852年提出，是一个可以描述单色光波任意偏振态的列向量，包含四个参数，用[IQUV]T表示。Stokes矢量的定义如式（2-6）所示：22122212454512122cos2sinHVHVRLIIIEEQIIEESUIIEEVIIEE（2-6）式中，I为探测器所接收到的总光强，它的大小等于水平偏振方向和垂直偏振方向的光强分量之和；Q为表示水平和垂直偏振方向的光强分量差；U表示偏振方向45°
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市癌症早诊早治项目进展[J]. 陈万青,李霓,石菊芳,任建松,陈宏达,李江,代敏,赫捷. 中国肿瘤. 2019(01)
[2]基于生物组织偏振特性的肝癌检测方法[J]. 邹彤,黄丹飞,王惠敏,李世维,钟艾琦,王雄才. 科学技术与工程. 2018(07)
[3]观察基底细胞样型浸润性乳腺癌的形态特点[J]. 赵军伟. 世界最新医学信息文摘. 2018(03)
[4]乳腺癌新辅助治疗疗效的临床与组织病理学评价体系[J]. 王国聪,江泽飞. 实用肿瘤杂志. 2017(04)
[5]乳腺癌骨转移97例临床特点分析[J]. 王莉莉,米彦霞,郑永明,吴波. 肿瘤研究与临床. 2016 (10)
[6]偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展[J]. 何宏辉,曾楠,廖然,马辉. 生物化学与生物物理进展. 2015(05)
[7]偏振成像探测技术发展现状及关键技术[J]. 李淑军,姜会林,朱京平,段锦,付强,付跃刚,董科研. 中国光学. 2013(06)
[8]主动偏振成像的系统结构概述[J]. 王霞,张明阳,陈振跃,拜晓锋,金伟其. 红外与激光工程. 2013(08)
[9]生物组织Mueller矩阵的快速测量方法[J]. 张鹏,周圣直,陈宁,李世博,杨建义,李宇波. 光电子.激光. 2011(03)
[10]基于偏振成像技术的目标探测研究进展及分析[J]. 李海兰,王霞,张春涛,金伟其,白廷柱. 光学技术. 2009(05)
博士论文
[1]偏振散射特征定量检测与组织病变诊断机理研究[D]. 杜娥.清华大学 2014
[2]分孔径同时偏振成像光学系统的研究[D]. 贺虎成.苏州大学 2014
[3]利用穆勒矩阵分解定量测量各向异性介质微观结构[D]. 郭亦鸿.清华大学 2014
硕士论文
[1]能谱CT多参数分析在评估肺癌病理分型和病理分级中的应用价值初探[D]. 叶茗珊.安徽医科大学 2018
[2]穆勒矩阵分解的有效性和光吸收效应的影响分析[D]. 王云飞.清华大学 2016
[3]青年乳腺癌患者的临床病理特点[D]. 黄冬凌.南方医科大学 2013
[4]基于DSP的生物细胞Mueller矩阵快速测量系统的研究[D]. 贾文建.浙江大学 2010
本文编号：3586717
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
肝组织旋转线偏振成像系统（P1为起偏器，P2为检偏器，L1为成像透镜）
第2章偏振光基础理论7第2章偏振光基础理论2.1光的偏振态波动光学理论指出，光波是频率较高的横向电磁波。如图2.1所示，光沿Z轴方向传播，电场矢量E和磁场矢量H处于同一平面内。电场方向、磁场方向和光的传播方向相互正交。光波与介质相互作用时，由于电场所起到的作用远大于磁场，所以通常用电场矢量E来表示光矢量。光的偏振是光具有矢量性的体现，光的偏振态实质描述的是光在传播过程中电矢量的振动状态。图2.1光波的传播根据光的偏振性可以将光分为三类，分别是自然光，部分偏振光以及完全偏振光。自然光所有方向上的振动的光矢量在各个方向上的振动几率和大小相同；而部分偏振光是指在与自然光的传播过程中，光矢量的振动分布在各个方向上只有某一方向上振动比较显著，可以看作自然光与完全偏振光的叠加；偏振光是在传播过程中，光的电场矢量E按照一定规则振动的光。假设光波沿z方向传播，电场矢量E在相互正交的x和y平面内振动，电场矢量的单色平面波方程可表示为式(2-1):EEcos(tkz)（2-1）则x轴和y轴方向单色平面波电场矢量方程可进一步表示为：1122cos()cos()xyEEtkzEEtkz（2-2）其中E1和E2分别为电场矢量x、y方向的振幅，ω为角频率，k为波矢量又称为空间角频率和波数，t是传播时间，ψ1和ψ2表示电场矢量相位。令x和y方向上电场矢量的相位差为σ=ψ1-ψ2，可以消去式（2-2）中的（ωt-kz）得到式（2-3）：
第2章偏振光基础理论9图2.2相位差取不同值时的椭圆偏振2.2偏振态的描述对光不同偏振态的描述方法主要包括Jones矢量和Jones矩阵描述法，Stokes矢量和Mueller矩阵描述法，三角函数和Poincare球描述法[37]。其中，三角函数和Poincare球描述法不能对光的偏振态进行定量描述。Jones矢量和Jones矩阵描述法适用于定量描述完全偏振光，但大多数自然光的反射和散射属于部分偏振光。Stokes矢量和Mueller矩阵描述法既可以定量描述完全偏振光也可描述部分偏振光和非偏振光，所以在对生物组织的偏振成像应采用Stokes矢量Mueller矩阵描述法。2.2.1偏振光的Stokes矢量表示Stokes矢量法是由英国物理学家G.G.Stokes在1852年提出，是一个可以描述单色光波任意偏振态的列向量，包含四个参数，用[IQUV]T表示。Stokes矢量的定义如式（2-6）所示：22122212454512122cos2sinHVHVRLIIIEEQIIEESUIIEEVIIEE（2-6）式中，I为探测器所接收到的总光强，它的大小等于水平偏振方向和垂直偏振方向的光强分量之和；Q为表示水平和垂直偏振方向的光强分量差；U表示偏振方向45°
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市癌症早诊早治项目进展[J]. 陈万青,李霓,石菊芳,任建松,陈宏达,李江,代敏,赫捷. 中国肿瘤. 2019(01)
[2]基于生物组织偏振特性的肝癌检测方法[J]. 邹彤,黄丹飞,王惠敏,李世维,钟艾琦,王雄才. 科学技术与工程. 2018(07)
[3]观察基底细胞样型浸润性乳腺癌的形态特点[J]. 赵军伟. 世界最新医学信息文摘. 2018(03)
[4]乳腺癌新辅助治疗疗效的临床与组织病理学评价体系[J]. 王国聪,江泽飞. 实用肿瘤杂志. 2017(04)
[5]乳腺癌骨转移97例临床特点分析[J]. 王莉莉,米彦霞,郑永明,吴波. 肿瘤研究与临床. 2016 (10)
[6]偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展[J]. 何宏辉,曾楠,廖然,马辉. 生物化学与生物物理进展. 2015(05)
[7]偏振成像探测技术发展现状及关键技术[J]. 李淑军,姜会林,朱京平,段锦,付强,付跃刚,董科研. 中国光学. 2013(06)
[8]主动偏振成像的系统结构概述[J]. 王霞,张明阳,陈振跃,拜晓锋,金伟其. 红外与激光工程. 2013(08)
[9]生物组织Mueller矩阵的快速测量方法[J]. 张鹏,周圣直,陈宁,李世博,杨建义,李宇波. 光电子.激光. 2011(03)
[10]基于偏振成像技术的目标探测研究进展及分析[J]. 李海兰,王霞,张春涛,金伟其,白廷柱. 光学技术. 2009(05)
博士论文
[1]偏振散射特征定量检测与组织病变诊断机理研究[D]. 杜娥.清华大学 2014
[2]分孔径同时偏振成像光学系统的研究[D]. 贺虎成.苏州大学 2014
[3]利用穆勒矩阵分解定量测量各向异性介质微观结构[D]. 郭亦鸿.清华大学 2014
硕士论文
[1]能谱CT多参数分析在评估肺癌病理分型和病理分级中的应用价值初探[D]. 叶茗珊.安徽医科大学 2018
[2]穆勒矩阵分解的有效性和光吸收效应的影响分析[D]. 王云飞.清华大学 2016
[3]青年乳腺癌患者的临床病理特点[D]. 黄冬凌.南方医科大学 2013
[4]基于DSP的生物细胞Mueller矩阵快速测量系统的研究[D]. 贾文建.浙江大学 2010
本文编号：3586717
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