細(xì)胞光散射特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光在生物組織中的傳播過(guò)程是光在不均勻介質(zhì)中傳播的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中光散射是光傳播的主要形式。在生物醫(yī)學(xué)和臨床領(lǐng)域，很多疾病的輔助診斷、療效評(píng)估和預(yù)后判斷都依賴于細(xì)胞形態(tài)的識(shí)別。而生物細(xì)胞的光散射信息含有豐富的關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征的信息。隨著光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，光散射測(cè)量技術(shù)以其快速、簡(jiǎn)便、無(wú)損、精確、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域取得了巨大的發(fā)展，同時(shí)也使得在分子水平上研究細(xì)胞及其內(nèi)部細(xì)胞器的形態(tài)與細(xì)胞光散射信息

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

3、胞為樣品，在較大散射角度范圍內(nèi)（10o~150o），實(shí)現(xiàn)了癌細(xì)胞的散射光信息的獲取及處理。
　　主要的研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面：第一，建立了細(xì)胞的二維模型并進(jìn)行了光散射仿真模擬。根據(jù)該模型分析了細(xì)胞在癌變過(guò)程中，細(xì)胞核的形態(tài)及折射率、線粒體、細(xì)胞整體形狀等因素對(duì)細(xì)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(xì)胞三維光散射模型，對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比分析。研究了細(xì)胞核形狀、細(xì)胞整體形狀、細(xì)胞周?chē)橘|(zhì)對(duì)細(xì)胞光散射特性的影

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