基于时域有限差分方法的细胞光散射研究

发布时间：2021-05-09 13:47

　　细胞是生命的重要组成部分。在医学研究和临床诊断中,许多疾病的诊断和治疗依据细胞的形态大小和内部情况进行判别。在医学诊断技术中,光学诊断技术因其非侵入性,操作方便快捷等优点,被越来越多的应用在细胞检测中。细胞光散射技术对组织和细胞具有无创伤性,正逐步成为光学技术中重要的领域。人们主要基于Mie散射理论对细胞光散射进行研究。Mie理论将细胞看成均一的球体,无法构建能够真实反映细胞光散射信息和细胞结果直接关系的模型。时域有限差分方法将模拟空间划分成离散网格,能够建立包含任意结构的模型,模拟更加贴合实际情况的细胞光散射图像,逐渐被应用到细胞光散射模拟研究中。但是在三维空间中运用时域有限差分方法建立模型需要大量的计算,对硬件的要求高,耗费时间长,本文所建立的二维细胞模型和光散射模拟降低了工作量,为光散射研究提供了一个快捷有效的工具。本论文首先探讨了光散射基础知识和时域有限差分方法。之后建立二维细胞模型,进行细胞光散射研究。首先求得二维空间中FDTD方法的递推公式,进行近远场外推,设置参数,验证程序,建立二维细胞模型,模拟光散射,讨论不同因素对细胞光散射的影响,最后与酵母细胞的光散射实验结果进行比... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究现状
    1.3 本文研究内容
第二章 光散射理论基础
    2.1 光散射概述
    2.2 麦克斯韦方程
    2.3 散射理论简介
        2.3.1 瑞利散射理论
        2.3.2 米氏散射理论
    2.4 本章小结
第三章 时域有限差分方法介绍
    3.1 时域有限差分方法
    3.2 数值稳定性和色散
        3.2.1 时间离散间隔的稳定性要求
        3.2.2 稳定性条件
    3.3 吸收边界
        3.3.1 Mur边界条件
        3.3.2 完全匹配层吸收边界条件
    3.4 近场到远场的变换
        3.4.1 表面等效定律
        3.4.2 时域有限差分仿真中的等效电流和磁流
        3.4.3 近场到远场的外推
    3.5 本章小结
第四章 二维细胞光散射FDTD模拟
    4.1 生物细胞基本知识
    4.2 二维模拟程序的设计
        4.2.1 基本公式
        4.2.2 二维空间中近场的外推
        4.2.3 参数设置
        4.2.4 程序正确性的验证
    4.3 细胞器和入射波对光散射的影响
        4.3.1 细胞核的影响
        4.3.2 线粒体的影响
        4.3.3 入射波波长的影响
    4.4 本章小结
第五章 细胞实验和模拟结果的对比分析
    5.1 实验方案
    5.2 单个酵母细胞光散射图像研究
    5.3 多个酵母细胞光散射图像研究
    5.4 本章小结
第六章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
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学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]可见-红外波段光全散射法颗粒粒径测量范围的研究[J]. 孙晓刚,唐红,戴景民.  光谱学与光谱分析. 2008(12)
[2]线粒体,活性氧和细胞凋亡[J]. 赵云罡,徐建兴.  生物化学与生物物理进展. 2001(02)

博士论文
[1]血液细胞逼近模型及其光散射特征的研究[D]. 卜敏.江苏大学 2011



本文编号：3177410