项目名称: 基于三维光强传输的无标记、非干涉、高分辨率相位层析显微成像研究

项目编号: No.61505081

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 左超

作者单位: 南京理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 本项目以光强传输方程非干涉相位恢复与相位断层扫描的基本原理和方法为基础,拟探索一种基于三维光强传输的无标记、非干涉、高分辨率相位层析显微成像方法。借鉴现有的二维光强传输方程相关理论,研究部分相干照明下明场显微系统的三维光强传输与三维相位分布之间的关联,建立相应的相位三维点扩散函数与三维光学传递函数模型;借鉴图像反卷积复原、压缩感知等信号处理领域的新技术,发展出针对三维光强传输的高效、准确的三维相位反卷积重构方法;借鉴荧光反卷积显微、宽场超分辨率显微的新成果,发展出高分辨、非干涉三维层析显微成像的新结构。通过创新研究,突破各项关键问题,最终实现生物细胞相位与三维折射率分布的无标记、非干涉、高精度、高分辨率定量成像与表征。相关研究成果不仅对基础生物学有重要意义,而且将为临床医学诊断、药物开发、细胞动力学以及病理研究等提供强有力的手段和新的影像学方法,对推动其相关研究具有重要的价值和作用。

中文关键词: 显微成像;三维图像重建;三维光学传递函数;三维层析;;细胞成像

英文摘要: Based on the basic principle and methods in the field of the noninterferometic transport-of-intensity phase retrieval and phase tomography, the main focus of the proposed research is the study of label-free, non-interferometric, high-resolution phase micro-tomography based on three-dimensional (3D) intensity transport. There are three main themes within the proposed research. The first is to extend the conventional 2D transport-of-equation theory to 3D, explore the relations between the 3D intensity transport with the 3D phase distribution of the measured specimen, and establish the mathematical model of the phase 3D point spread function (PSF) and 3D optical transfer function (OTF) for bright field microscopic systems. The second theme is to develop accurate and efficient phase deconvolution algorithm for 3D intensity transport based on the new developments in the areas of image and signal processing, such as the image restoration and the compressive sensing. The third theme is to explore the new experimental configurations for realizing high-resolution phase micro-tomography by drawing on the experience from the fields of the fluorescence deconvolution microscopy and wide-field super-resolution microscopy. The research in this direction leads towards new approaches to reconstruct high-precision high-resolution 3D phase or refractive index distribution of biological samples, such as cells and tissues, in a label-free, non-interferometric manner. In this way the fruits of the research will be full of significance for basic biology research, but also will provide a powerful tool and a new imaging methodology for clinical diagnostic imaging, drug development, cell dynamics, and pathology research.

英文关键词: microscopic imaging;3D imaging reconstruction;3D optical transfer function;three dimensional tomography;cell imaging

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