双模切换显微内窥镜成像系统设计及应用

为了将荧光分子成像技术应用于临床进行手术导航、肿瘤边界识别、在体显微病理诊断等,设计了一种双模切换显微内窥镜成像系统,采用荧光素钠作为荧光分子探针,高亮度蓝光LED光源作为荧光激发光源,通过切换内窥成像探头,实现了两个模态下的成像:宽场白光内窥成像模式下进行手术导航,荧光分子成像进行病变肿瘤边界识别;显微内窥成像模式下,进行在体显微病理分析,确定肿瘤良恶性及其种类。本文研究了双模切换显微内窥镜成像系统的光学特性,搭建系统并测试了相关的性能指标,展示了该系统在小鼠肝脏多模式内窥成像下的效果。研究结果表明:宽场内窥成像可以实现组织颜色和边界特征识别,显微内镜成像系统可以实现分辨率达4.4μm的组织显微成像,能够满足在体肿瘤实时手术导航和显微病理诊断的临床需求。     

基于线阵CCD的多表面焦点偏移测量

在显微成像过程中,焦点偏移对长时间的活细胞观测等应用有很大影响,自动对焦技术是解决该问题最有效的技术手段之一。反射式的主动式表面偏移测量是显微镜实现自动对焦的关键,但是在存在多个表面反射的情况下如何进行准确的焦点偏移测量仍是需要解决的一个问题。本文提出了一种针对多表面反射的焦点偏移测量方法,该方法采用线阵CCD对反射光斑进行成像,不同表面反射回来的光斑在线阵CCD上可以很好的区分,通过窗口加权质心法够精确地测量所需要的表面反射光斑在CCD上的位移,从而精确测定焦点偏移,在样品干燥和样品湿润的情况下测量精度分别达到106 nm和111 nm。     

基于荧光微球的显微镜点扩散函数修正模型

为了修正显微镜点扩散函数荧光微球传统测量方法中微球直径对测量结果的影响、提高显微镜点扩散函数的测量精度,采用理论仿真、最小二乘拟合的方法,建立荧光微球等效2维浓度分布,模拟仿真了荧光微球显微成像过程;利用最小二乘拟合以及残差拟合的方法,得到荧光微球直径、荧光微球强度分布半峰全宽与系统实际点扩散函数半峰全宽之间的关系模型,由此模型得到较为准确的系统点扩散函数半峰全宽。结果表明,使用100nm荧光微球对系统点扩散函数进行测量时,相对误差在1%左右。此研究结果说明通过该修正模型可以得到较为准确的系统点扩散函数。