細胞光散射特性的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、光在生物組織中的傳播過程是光在不均勻介質中傳播的過程，在這個過程中光散射是光傳播的主要形式。在生物醫(yī)學和臨床領域，很多疾病的輔助診斷、療效評估和預后判斷都依賴于細胞形態(tài)的識別。而生物細胞的光散射信息含有豐富的關于細胞結構和形態(tài)特征的信息。隨著光學技術、電子技術、計算機技術的發(fā)展，光散射測量技術以其快速、簡便、無損、精確、重復性好等優(yōu)點，在醫(yī)學和生物學領域取得了巨大的發(fā)展，同時也使得在分子水平上研究細胞及其內部細胞器的形態(tài)與細胞光散射信息

2、的分布變化規(guī)律成為了研究熱點。
　　本文從分子水平上分析了在癌變過程中細胞的形態(tài)特征及內部細胞器與細胞光散射信息分布變化規(guī)律的對應關系，建立了相應的二維、三維細胞模型，該模型基于細胞雙橢球模型，且在模型中加入線粒體，使其更接近于真實細胞。采用時域有限差分法（finite difference time domain，F(xiàn)DTD）基于該細胞模型對細胞的光散射行為進行仿真分析。在完成理論建模仿真的同時，搭建細胞光散射實驗平臺，以真實癌細

3、胞為樣品，在較大散射角度范圍內（10o~150o），實現(xiàn)了癌細胞的散射光信息的獲取及處理。
　　主要的研究內容包括以下三個方面：第一，建立了細胞的二維模型并進行了光散射仿真模擬。根據(jù)該模型分析了細胞在癌變過程中，細胞核的形態(tài)及折射率、線粒體、細胞整體形狀等因素對細胞光散射特性的影響作用。第二，建立了基于FDTD理論和Mie理論的細胞三維光散射模型，對二者進行對比分析。研究了細胞核形狀、細胞整體形狀、細胞周圍介質對細胞光散射特性的影

4、響，為探究進行大散射角度范圍內散射光信息的獲取及結果分析提供一定的理論指導。第三，搭建細胞光散射實驗平臺。在10o~150o范圍內，獲取了不同濃度癌細胞樣品的光散射信息，根據(jù)實際結果和理論結果對比分析，探究獲取細胞懸浮液的大散射角度范圍內光散射信息的合適實驗方案及合適條件，為獲取同種類型但處在不同周期的細胞光散射信息并探究其變化規(guī)律做了相關的前期實驗準備工作。
　　理論仿真和實際實驗結果表明，來自細胞的散射光信息不僅跟細胞大小有關