基于全偏振成像的数字病理方法

数字病理技术能够对病理切片进行高分辨率数字化,并利用计算机和数据技术对数字化图像进行定量分析和特征识别,以便降低病理医师的工作强度,提高诊断客观性和准确性,实现病理辅助诊断.全偏振显微成像是正在迅速发展的一类成像技术,具有不依赖染色、不造成损伤、富含亚细胞超分辨微观结构特征信息等优点,可在不同解剖学层次和空间尺度针对生物医学样本的微观结构进行定量表征,或对生命过程进行原位、在体的动态观测,在临床病理诊断等领域已经展示出了十分诱人的应用潜力.本文从数字病理图像分析技术的概念和方法出发,简要介绍偏振成像方法以及基于偏振成像技术的数字病理图像分析方法的前瞻性研究成果,目的是展示偏振数字病理的概念、技术、方法和初步应用,并展望其潜在的应用前景和未来发展方向.     

偏振态显微成像技术用于细胞热损伤检测的研究

本文采用偏振态显微成像系统对生物细胞热损伤进行监测。选取洋葱细胞、绿萝细胞作为实验样品,对洋葱细胞、绿萝细胞进行热损伤,通过比较细胞在热损伤前后的偏振态图像及其相应的偏振特性的变化,分析热损伤细胞的偏振特性变化而获得相关信息。实验结果表明,偏振态显微成像技术对于鉴别正常细胞和热损伤的细胞并评价细胞的损伤程度非常有效,比显微光强成像更清晰地反映了细胞形态结构发生的变化,在生物样品的特性研究及疾病诊断方面都有独特的优势,为鉴别与评价细胞损伤程度提供一种快速的、无损的、有效的新方法。     

位相分辨偏振灵敏光学相干层析术:组织双折射特性的成像与定量分析

我们研制了一种基于光纤的位相分辨偏振灵敏光学相干层析成像系统。该系统中的偏振状态控制设量在参考臂而非光源臂上,因而使得光抵达样品的传输效率大大提高。鉴于光源的部分偏振性,入射于样品上的光含有任意偏振状态的分量,通过对参考光偏振状态的调制,就可相干地提取对应于入射光四种正交偏振状态并经样品后向散射的光信号。基于斯托克斯矢量夹角在无损光纤系统传输的变换不变性,我们能利用测量臂中光信号的斯托克斯参数来确定双折射样品深度分辨的位相延迟信息。利用所研制的偏振灵敏光学相干层析成像系统,不仅确认了韧带和软骨的双折射性质,而且定量分析了不同条件下韧带的双折射变化．研究结果表明：韧带松弛可使其双折射特性明显减弱,而韧带经拉伸后,其双折射特性的变化却不明显。     

基于扩散张量成像的脑组织各向异性电导率计算模型的研究综述

脑组织电导率不仅对脑电源分析起着至关重要的作用,而且也是及时发现脑组织发生功能性病变的重要依据之一.扩散张量成像是一种无损伤功能性成像新技术,具有很高的空间分辨率.基于扩散张量成像的脑组织电导率计算是近年来的一项重要研究课题.本文综述了已有脑组织各向异性电导率的计算模型,主要包括张量特征值线性模型、电场力-粘力平衡模型...     

双光子激发荧光各向异性度的成像

荧光各向异性度 (fluorescence anisotropy) 测量可以获得荧光分子的转动速度信息,进而了解分子质量、结构、以及与周边环境的相互作用情况 . 围绕一台双光子激发扫描荧光成像系统,通过改变外光路和图像记录与处理程序,从而实现了双光子激发荧光各向异性度成像,并针对一些典型样品和体系,展示了该方法的应用 . 实验中观察了 FITC 荧光分子、 FITC 结合的 CD44 抗体分子及与肿瘤细胞表面受体结合的 FITC-CD44 抗体分子 . 测量结果表明,不同分子质量、不同微观环境状态下的荧光分子,其各向异性度大小不同,在各向异性度图中能够被明显区分 . 荧光各向异性度成像能够定量测量样品微区的各向异性度值,并以二维图像的形式直观表达,是各向异性度测量与成像技术的良好结合 .     

Stokes参量共焦显微术用于弱各向异性物质的成像研究

提出将基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术应用于弱各向异性物质的成像研究。通过将分振幅Stokes参量测量法与共焦扫描成像技术相结合的方法,得到了基于Stokes参量测量的偏振共焦显微成像系统。利用该系统对具有弱各向异性的生物组织样品进行逐点测量,通过四个通道同时测量获得全部的Stokes参量。再以计算得到的偏振参量作为成像物理量进行图像重建,获得对应Stokes参量、偏振度、相位差、方位角和椭率角的空间分布图像,从而对生物组织实现细胞水平的偏振显微成像研究。实验结果表明:基于Stokes参量的偏振共焦显微成像技术能够获得弱各向异性的生物组织样品的显微图像,并通过比较样品的Stokes参量及相关偏振参量的分布图像,提取样品全部的偏振信息,从而为生物组织的特性研究提供更丰富的信息。     

布鲁氏菌病荧光偏振抗体检测方法的建立

【目的】布鲁氏菌病(Brucellosis)简称布病,是由布鲁氏菌引起的以感染家畜为主的人畜共患传染病,造成严重的公共卫生问题。目前全世界范围内消除该病的主要方法是扑杀与免疫相结合,所以建立快速准确的诊断方法对防治和清除布病非常必要。本文建立布鲁氏菌病荧光偏振(FPA)抗体检测方法,为布鲁氏菌病(布病)的快速高效诊断提供技术手段。【方法】提纯猪种布鲁氏菌S2株脂多糖O链(OPS),经异硫氰酸荧光素(FITC)标记后作为诊断抗原。通过对样品稀释液、抗原稀释度、反应时间等条件的优化,初步建立了布鲁氏菌荧光偏振诊断方法。用该方法对148份布病阳性血清(其中牛血清70份,羊血清78份)和155份布病阴性血清(其中牛血清82份,羊血清73份)进行检测,确定其敏感性和特异性。按确定的技术参数,制备3批布鲁氏菌FPA抗体检测试剂盒,使用质控阴、阳性血清分别评价试剂盒的批内和批间重复性。用400份临床样本比较本研究开发试剂盒与商品化进口FPA试剂盒的符合率。【结果】使用0.5%蔗糖磷酸缓冲液作为血清样品稀释液;标记抗原的使用浓度为90μg/m L;最佳反应时间为3-5 min。本检测方法的判定标准为:δm P值20时为阴性,δm P值≥20时为阳性。按上述条件建立的FPA检测148份布病阳性血清和155份布病阴性血清,结果敏感性为98.6%,特异性为98.7%。对400份临床样本的比对检测显示,研究建立的FPA方法与进口商品化试剂盒的总符合率为94.0%。【结论】研究建立的布鲁氏菌PFA抗体检测方法具有良好的特异性和敏感性,可作为一种重要的布病诊断快速诊断方法。     

宫颈癌中EGFR启动子甲基化荧光偏振技术检测方法研究

目的:建立一种基于荧光偏振技术的宫颈癌组织标本中EGFR启动子甲基化检测的新方法。方法:设计通用引物,在封闭管中同时扩增EGFR启动子甲基化与非甲基化等位基因片段,再同时用序列特异的FAM或TAMRA荧光标记探针对扩增产物进行杂交检测,利用荧光偏振仪检测扩增杂交反应的荧光偏振值,确定EGFR启动子甲基化状态。应用荧光偏振法检测63例宫颈癌组织样本,并与直接测序法进行对比验证。结果:本方法检测EGFR启动子甲基化结果与直接测序法结果无统计学差异,且最低检测浓度为50拷贝/μl,最低检测含量可达10%,敏感度高。结论:本方法检测EGFR启动子甲基化灵敏度与准确度较高,为临床宫颈癌个体化治疗相关检测提供了新技术。     

基于压缩感知理论的光声成像方法研究现状

光声成像是一种新兴的无损生物医学成像方法,因其兼具高灵敏的光学对比度和超声能够对深层组织进行高分辨成像的优点,已经成为当前生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像的光吸收对比度能够反映生物组织微小的组织病变,与血氧饱和度等多种功能和生理信息紧密相关,目前已被证明在肿瘤血管新生研究、早期癌症检测和心血管疾病诊断等方面有很大的应用潜力。基于超声阵列探测的常规光声计算层析成像系统,数据采集量大,由此导致的较低数据采集和成像速度成为制约该技术临床应用和转化的重要因素。压缩感知理论可以在远低于Nyquist采样定理的欠采样方式下,高质量重建信号,已被广泛用于信号处理和传统的医学图像重建领域。自2009年压缩感知理论被应用于光声成像以来,已有的研究结果表明,该方法为解决目前大区域光声成像的数据采集和成像速度问题提供了一条有效的途径。本文将重点介绍压缩感知理论用于光声成像的基本原理、研究现状、面临的问题和应用前景。     

蝇蛹呼吸角的研究

本文首次研究了我国13种蝇蛹的呼吸角形态(8种有角,5种无),运用统计学方法论证了角参数的分类学价值,描述了光学显微镜和扫描电子显微镜下的显微结构。发现呼吸角呈管腔结构,它借呼吸角内导管将蛹内虫体的前气门与外界沟通。     

偏振光成像技术用于肿瘤病变检测的研究进展

偏振光成像是一种非标记、无损伤检测技术,它与现有非偏振光学方法硬件兼容,但能提供更丰富的样品结构和光学信息,并且对亚波长微观结构变化十分敏感.最近,偏振光成像方法在生物医学,特别是肿瘤癌症检测领域显示出很好的应用前景.本文介绍了常用的偏振光散射成像方法,包括偏振差、偏振度、旋转线偏振成像、偏振显微、穆勒矩阵成像等,并展示这些偏振方法在生物医学领域,特别是癌症检测方面的最新研究进展.目前偏振差、偏振度等成像方法已被初步用于皮肤癌的诊断,而穆勒矩阵包含更为丰富的组织微观结构信息,因而具有更好的诊断应用前景.通过对穆勒矩阵进行分解、变换等处理,可获得具有明确物理意义的成像参数,并发展为针对不同应用的特异性方法.目前,随着新型光源、偏振器件和探测器的出现,特别是数据计算处理能力的急剧提升,偏振成像在数据解释和测量方法方面的研究快速发展,已经在生物医学领域显示出很好的应用前景.     

利用偏光影像技术定量观察大鼠胸主动脉中纤维结构

目的：本实验选取大鼠胸主动脉为研究对象,探讨定量偏光影像技术对双折光性物质的成像特点与适用研究领域。方法：采用Abrio液晶偏光影像系统在未经染色条件下对青年和衰老大鼠胸主动脉纤维结构进行观察,然后对主动脉切片进行苦味酸天狼猩红染色,对比Abrio和传统偏振光技术成像的差别。结果：较传统偏振光显微镜不同,Abfio可以对纤维双折射的方位角和光程差进行定量分析。在未经染色的条件下,Abrio可对大鼠胸主动脉中具有双折光性的纤维结构清晰成像,而传统偏光显微镜在未经染色条件下不能给出有意义的信息。经苦味酸天狼猩红染色后,对比传统偏振光技术,Abrio使成像不受纤维排列方向和人为因素的影响,较为完整地反映主动脉中纤维的结构及分布情况。结论：Abrio液晶偏光影像技术能够实现对样本双折光的强弱及方向的定性和定量分析,在未经染色的条件下给出微观结构信息,适合于心血管疾病的检测与评估,可拓展应用面宽,将在未来生物医药领域中体现更大的价值。     

基于直线电机的大视场快速光声显微成像系统

光声成像技术是近年来发展的一种新型的无损医学成像技术,它是以脉冲激光作为激发源,以检测的声信号为信息载体,通过相应的图像重建算法重建组织内部结构和功能信息的成像方法。该方法结合了光学成像和声学成像的特点,可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织层析图像,在生物医学临床诊断以及在体成像领域具有广泛的应用前景。目前光声成像的扫描方式主要有基于步进电机扫描方式和基于振镜的扫描方式,本文针对目前步进电机扫描速度慢(10 mm×10 mm;0.001帧/s),振镜扫描范围小(1 mm2)的不足,发展了基于直线电机扫描的大视场快速光声显微成像系统。同一条扫描线过程中直线电机速度最高可达200 mm/s。该技术采用逐线采集光声信号的方式,比逐点采集光声信号的步进电机快800倍。该系统对10 mm×10 mm全场扫描的扫描速度为0.8帧/s。最大可扫描视场范围可以达到50 mm×50 mm。大视场快速光声显微成像系统的发展将为生物医学提供新的成像工具。     

基于直线电机连续-步进运动的快速光声显微成像系统

报道了一种利用直线电机连续-步进的扫描方式进行光声显微成像的系统,该系统在运动时走弓字型路线,其中直线电机在X轴方向上连续运动,在Y轴方向上以步进的方式运动,采集卡只在X轴电机运动的过程中连续采集。该成像系统较之前振镜扫描的方式扫描的范围更大,可达到厘米尺度范围内的生物组织光声成像;较之前的步进电机逐点扫描的方式扫描速度明显提高。同时本文采用电机带动光和超声换能器一同扫描的方式,较光和超声换能器不动电机带动样品扫描的方式更灵活。另外利用包埋碳丝的模拟样品和在体小鼠耳朵血管来验证系统的成像能力。实验结果表明,这种快速光声显微成像方法及其系统可以实现在体组织的高分辨率成像,有望成为一种无创、实时的光声显微镜应用于生物医学当中。     

昆虫对偏振光的响应及感受机理研究进展

偏振光是不同于普通光源的一种光, 常指光矢量在某一个方向振动的光波, 可分为线性偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光等。目前已经发现自然界的偏振光影响许多昆虫的行为, 如西方蜜蜂Apis mellifera的飞行导航、 蛱蝶Heliconius cydno chioneus的觅偶、 凤蝶Papilio aegeus产卵场所的选择等。金龟子对圆偏振光的反射可以作为一种分类的性状。昆虫复眼背部边缘区域（dorsal rim area, DRA）小眼是感受偏振光的主要器官, 电生理学研究表明前视神经节是蝗虫偏振视觉通路的一部分。在匈牙利, 已经开始利用偏振光研制步甲等昆虫的诱捕器。     

Imaging of ex vivo nonmelanoma skin cancers in the optical and terahertz spectral regions Optical and Terahertz skin cancers imaging

We tested the hypothesis that polarization sensitive optical and terahertz imaging may be combined for accurate nonmelanoma skin cancer (NMSC) delineation. Nine NMSC specimens were imaged. 513 μm and 440 nm wavelengths were used for terahertz and optical imaging, respectively. Histopathology was processed for evaluation. Terahertz reflectance of NMSC was quantified. Our results demonstrate that cross‐polarized terahertz images correctly identified location of the tumours, whereas cross‐polarized and polarization difference optical images accurately presented morphological features. Cross‐polarized terahertz images exhibited lower reflectivity values in cancer as compared to normal tissue. Combination of optical and terahertz imaging shows promise for intraoperative delineation of NMSC (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

点式直线偏振光穴位照射对腰椎间盘突出症状缓解的疗效观察

探讨点式直线偏振光穴位照射对腰椎间盘突出症状缓解的疗效观察。选取腰椎间盘突出症患者44例,随机分为观察组(A)与对照组(B)两组。A组行点式直线偏振光照射穴位治疗22例,B组传统针刺穴位治疗22例。在治疗前后2周、4周分别采用视觉模拟评分法VAS,腰痛评分表JOA进行疗效分析。结果表明:1)点式直线偏振光(A组)与传统针刺穴位(B组)两组治疗后VAS值和JOA值与治疗前比较有显著提高(P <0. 05),说明两组治疗方法治疗腰椎间盘突出症效果明显; 2)治疗后,两组之间对比,点式直线偏振光穴位照射与传统针刺疗效(P> 0. 05)无统计学差异。JOA治疗后总改善率评分为观察组89%,对照组86%。点式直线偏振光穴位照射对腰椎间盘突出患者缓解腰腿痛改善生活功能障碍有明显效果,其疗效与传统针刺效果相当,但弥补了传统针刺治疗的不足,扩大了适应症范围。     

Linear Dichroism,Fluorescence Polarization,and Path of the Thermal Deactivation of Excited Cyanobacterial (Synechococcus Elongatus) Photosystem 1 Immobilized and Oriented in Polymer Films

Pigment-protein complexes enriched in photosystem 1 (PS1) and, for comparison, enriched in photosystem 2 (PS2) were isolated from the cyanobacterium Synechococcus elongatus Nag. f. thermalis Geitl. They were immobilized and oriented in the polyvinyl alcohol (PVA) films, and studied by linear dichroism (LD), fluorescence polarization (FP), photoacoustic spectroscopy (PAS), and polarized photoacoustic spectroscopy (PAS and PAS). The LD signal of -carotene in the region with maximum at 500 nm was positive in the PS1 complex. The maximum value of fluorescence polarization (FP) in the measured photosynthetic pigment region was 1.25 and was similar to higher plant values. Carotenoids exhibited different efficiencies of thermal deactivation (max. at 500 nm) in PS1 and PS2. The thermal deactivation efficiency of carotenoids in comparison with that of chlorophyll (Chl) a at its red absorbance maximum was much higher in PS1 than in PS2 complexes. Cyanobacterial complexes did not contain Chl b, interpretation of the LD, PAS, and FP results is thus easier and can be compared with PS1 and PS2 values of higher plants, especially with Chl b-less mutant values.